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。研究人員的結果表明，這種組織結構迫使病毒通過細胞間的直接接觸傳播。

盡管經過30多年的研究，但艾滋病毒許多關鍵方面（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構和異質性。"

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。"這產生了一組非常復雜的數(shù)據，如果沒有其他學科科學家的幫助，這些數(shù)據是無法解釋的，" 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合可以幫助定量分析一個復雜的生物過程。"

數(shù)據分析顯示，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將短的單細胞顯微鏡膠片與長期的細胞數(shù)量測量相結合，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。