艾滋病毒通過細胞間直接接觸傳播

像人類免疫缺陷病毒(HIV)這樣的病原體的傳播常常是在試管中（即在二維細胞培養(yǎng)中）進行研究的，盡管它幾乎不能反映人體中更為復雜的情況。而近日海德堡大學的一個跨學科的科學家團隊利用創(chuàng)新的細胞培養(yǎng)系統(tǒng)、定量圖像分析和計算機模擬，探索了艾滋病毒如何在三維組織樣環(huán)境中傳播。研究人員的結(jié)果表明，這種組織結(jié)構(gòu)迫使病毒通過細胞間的直接接觸傳播。

盡管經(jīng)過30多年的研究，但艾滋病毒許多關(guān)鍵方面（如艾滋病毒如何傳播）仍然不為人知。這些尚未解決的問題之一涉及病毒與人體環(huán)境之間的相互作用。傳統(tǒng)上認為，受感染的細胞釋放病毒顆粒，然后擴散，最終感染其他細胞。但也有可能病毒顆粒通過密切接觸直接從一個受感染的細胞轉(zhuǎn)移到另一個細胞。到目前為止，還不清楚哪些傳播方式在組織中普遍存在。海德堡大學醫(yī)院(Heidelberg University Hospital)綜合傳染病研究中心(CIID)的研究主任Oliver Fackler教授解釋說："實驗室中關(guān)于艾滋病毒復制的研究大多是在簡單的塑料培養(yǎng)皿中進行的細胞培養(yǎng)實驗，這些實驗并不反映組織的復雜結(jié)構(gòu)和異質(zhì)性。"

海德堡大學的研究人員在他們的研究方法中考慮到所謂的CD4 T輔助細胞(HIV病毒感染的首選細胞類型)在生理環(huán)境中具有高度的運動性。他們使用了一種新的細胞培養(yǎng)系統(tǒng)，在膠原蛋白的幫助下生成了一個三維支架。這使得研究人員可以在數(shù)周的過程中在組織樣的環(huán)境中維持細胞的移動性，并監(jiān)測感染HIV-1的初級CD4 T細胞。利用這種創(chuàng)新的方法，研究人員測量了許多因素，這些因素表征了細胞活力、病毒復制和CD4 T輔助細胞的逐漸喪失。"這產(chǎn)生了一組非常復雜的數(shù)據(jù)，如果沒有其他學科科學家的幫助，這些數(shù)據(jù)是無法解釋的，" Andrea Imle博士解釋說道，她在CIID攻讀博士期間參與了這個項目。

在分析數(shù)據(jù)時，進行實驗的科學家與來自圖像處理、理論生物物理學和數(shù)學建模領(lǐng)域的同事合作。他們一起能夠描述細胞和病毒的復雜行為，并在計算機上進行模擬。這使得對決定HIV-1在這些三維培養(yǎng)中傳播的關(guān)鍵過程做出重要預測成為可能，而這一點在隨后的實驗中得到了證實。海德堡大學理論物理研究所的Ulrich Schwarz教授說："我們跨學科的研究是一個很好的例子，說明實驗和模擬的結(jié)合可以幫助定量分析一個復雜的生物過程。"

數(shù)據(jù)分析顯示，細胞培養(yǎng)系統(tǒng)的三維環(huán)境抑制了無細胞病毒的感染，同時促進了病毒在細胞間的直接傳播。海德堡大學生物定量中心的Frederik Graw博士解釋說："我們的模型使我們能夠?qū)⒍痰膯渭毎@微鏡膠片與長期的細胞數(shù)量測量相結(jié)合，從而估算細胞間接觸傳播感染所需的最小時間跨度。"研究人員希望這些發(fā)現(xiàn)將最終導致治療艾滋病的新方法。