HIV از طریق تماس مستقیم سلول به سلول گسترش می یابد.

 

با استفاده از سیستم های نوآورانه کشت سلولی، تجزیه و تحلیل کمی تصویر و شبیه سازی های رایانه ای، یک تیم بین رشته ای از دانشمندان دانشگاه هایدلبرگ در حال حاضر به بررسی چگونگی شیوع ویروس HIV در محیط های سه بعدی مانند بافت پرداختند. نتایج محققان نشان می دهد که ساختار بافت ویروس را مجبور می کند تا از طریق تماس مستقیم سلول به سلول گسترش یابد.

 

با وجود گذشت بیش از 30 سال تحقیق، هنوز بسیاری از جنبه های مهم چگونگی شیوع HIV، عامل ایجاد کننده سندرم نقص ایمنی اکتسابی (ایدز) فهمیده نشده است. یکی از این سؤالات حل نشده مربوط به تعامل ویروس با محیط موجود در بدن انسان است. به طور سنتی فرض بر این است که سلولهای آلوده، ذرات ویروسی را آزاد می کنند که سپس منتشر می شوند و در نهایت سلولهای دیگر را آلوده می کنند. اما همچنین ممکن است که ذرات ویروسی از طریق تماس نزدیک مستقیماً از یک سلول آلوده به سلول دیگر منتقل شوند. تاکنون مشخص نبود که کدام یک از این حالتهای انتقال در بافت غالب است. پروفسور دکتر الیور فاکلر از مرکز تحقیقات بیماریهای عفونی یکپارچه (CIID) در بیمارستان دانشگاه هایدلبرگ توضیح داد: "مطالعات مربوط به تکثیر HIV در آزمایشگاه عمدتا در آزمایشات کشت سلولی ساده در ظروف پلاستیکی انجام می شود که نشان دهنده معماری پیچیده و ناهمگونی بافت نیستند." )

 

 

ضبط میکروسکوپی و مدل رایانه ای از تعامل بین سلولهای آلوده (سبز) و سلولهای غیر آلوده (قرمز) در ساختارهای کلاژن (خاکستری). اعتبار: الیور فاکلر / فردریک گراو

 

در رویکرد خود، محققان هایدلبرگ در نظر گرفتند که سلولهای یاور CD4 T، نوع سلول ترجیحی آلوده به HIV، در محیط فیزیولوژیکی خود بسیار تحرک دارند. آنها از یک سیستم کشت سلول جدید استفاده کردند که در آن یک داربست سه بعدی با کمک کلاژن تولید می شود. این امر به حفظ تحرک سلولها و نظارت بر سلولهای اولیه CD4 T آلوده به HIV-1 در یک محیط مانند بافت در طی چند هفته ادامه می دهد. محققان با استفاده از این رویکرد نوآورانه فاکتورهای مشخص کننده تحرک سلولی، تکثیر ویروس و از بین رفتن تدریجی سلولهای یاور CD4 T را اندازه گیری کردند. دکتر آندره ایمل، که در طول دوره دکتری خود در CIID، روی این پروژه کار می کرد، گفت: "این مجموعه ای از داده های بسیار پیچیده را به همراه داشت که تفسیر آنها بدون کمک دانشمندان سایر رشته ها غیرممکن بود."

 

در تجزیه و تحلیل داده ها، دانشمندانی که آزمایش ها را انجام داده اند با همکاران حوزه های پردازش تصویر، بیوفیزیک نظری و مدل سازی ریاضی همکاری کردند. آنها با هم توانستند رفتار پیچیده سلول ها و ویروس ها را توصیف کرده و آن را بر روی کامپیوتر شبیه سازی کنند. این امر باعث می شود پیش بینی های مهمی در مورد فرآیندهای کلیدی تعیین کننده شیوع ویروس HIV-1 در این کشت های سه بعدی انجام شود، که با آزمایش های بعدی تأیید شدند. پروفسور دکتر اولریش شوارتز از مؤسسه فیزیک نظری در دانشگاه هایدلبرگ می گوید: "مطالعه میان رشته ای ما نمونه خوبی از چگونگی چرخه های تکراری آزمایش و شبیه سازی می تواند به تجزیه و تحلیل کمی یک فرآیند پیچیده بیولوژیکی کمک کند."

 

تجزیه و تحلیل داده ها نشان داد که محیط سه بعدی سیستم کشت سلولی، عفونت را با ویروس عاری از سلول سرکوب می کند و درحالیکه همزمان انتقال مستقیم ویروس را از سلول به سلول نیز ترویج می کند. دکتر فردریک گراو از مرکز BioQuant دانشگاه هایدلبرگ توضیح می دهد: "مدلهای ما به ما امکان می دهند فیلمهای میکروسکوپی تک سلولی کوتاه را با اندازه گیری جمعیت طولانی مدت سلول ادغام کنیم و از این طریق حداقل زمان لازم برای تماس سلول به سلول را برای انتقال عفونت تخمین بزنیم."محققان امیدوارند که این یافته ها در نهایت منجر به رویکردهای درمانی جدید در درمان HIV شود.

 

 

منبع:

Andrea Imle, Peter Kumberger, Nikolas D. Schnellbächer, Jana Fehr, Paola Carrillo-Bustamante, Janez Ales, Philip Schmidt, Christian Ritter, William J. Godinez, Barbara Müller, Karl Rohr, Fred A. Hamprecht, Ulrich S. Schwarz, Frederik Graw, Oliver T. Fackler. Experimental and computational analyses reveal that environmental restrictions shape HIV-1 spread in 3D cultures. Nature Communications, 2019; 10 (1) DOI: 10.1038/s41467-019-09879-3