HIV只能体液传播吗？新研究发现它们还能进行细胞传播！

人类免疫缺陷病毒（HIV）通常在二维细胞培养中进行研究，这样几乎不能反映人体内更复杂的条件。

　　

利用创新细胞培养系统、定量图像分析和计算机模拟，海德堡大学的一个跨学科科学家团队正在探索HIV如何在三维组织样环境中传播。研究结果表明，3D组织结构迫使病毒通过细胞间的直接接触进行传播。

30多年了，但人们对艾滋病，即免疫缺陷综合征（AIDS）的许多关键方面（包括如何传播）仍不清楚。其中一个尚未解决的问题是病毒与人体环境之间的相互作用。传统上认为，被感染的细胞释放病毒颗粒，然后扩散，最终感染其他细胞。但病毒颗粒也有可能通过紧密接触直接从一个受感染的细胞转移给下一个细胞。到目前为止，尚不清楚这些传播方式中哪一种在组织中普遍存在。

“在实验室的简单塑料培养皿上研究HIV复制不能反映组织结构和异质性，”海德堡大学医院综合传染病研究中心（CIID）的Oliver Fackler教授说。

在他们的研究中，海德堡的研究人员考虑到，CD4 T辅助细胞（HIV感染首选的细胞）在生理环境中是高度活跃的。他们使用了一种新的细胞培养系统，在这个系统中，在胶原蛋白的帮助下生成了一个三维支架。这使得细胞的流动性得以维持，并能在类似组织的环境中连续数周监测最初的感染了HIV-1的CD4 T细胞。利用这种创新方法，研究者们测量了一些表征细胞流动性和病毒复制的因素，以及测量CD4 T辅助细胞的逐渐损失。“我们生成了一组非常复杂的数据，如果没有其他学科科学家的帮助，这些数据是不可能解释的。”Andrea Imle博士说，她在CIID攻读博士学位期间就参与了这个项目。

在分析数据时，做实验的科学家与来自图像处理、理论生物物理学和数学建模领域的同事合作，一起描述了细胞和病毒的复杂行为，并在计算机上进行模拟。这让他们成功地预测了HIV-1在3D培养物中传播的关键过程，该预测在随后的实验中得到了证实。“我们的跨学科研究是一个很好的例子，说明实验和模拟的迭代周期有助于定量分析复杂的生物过程，”海德堡大学理论物理研究所的Ulrich Schwarz博士说。

数据分析表明，细胞培养系统的3D环境抑制了无细胞病毒的感染，同时促进了病毒在细胞间的直接传播。“我们的模型使我们能够将短时的单细胞显微镜拍照与长期的细胞群体测量相结合，从而估算出细胞间接触传播感染所需的最小时间跨度，”海德堡大学生物量中心的Frederik Graw说。研究人员希望这些发现最终会获得治疗艾滋病的新方法。

原文检索：A. Imle, P. Kumberger, N.D. Schnellbächer, J. Fehr, P. Carrillo-Bustamante, J. Ales, P. Schmidt, C. Ritter, W.J. Godinez, B. Müller, K. Rohr, F.A. Hamprecht, U.S. Schwarz, F. Graw & O. T. Fackler: Experimental and computational analyses reveal that environmental restrictions shape HIV-1 spread in 3D cultures. Nature Communications (2019) 10:2144

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（生物通：伍松）