Estudiar las infecciones virales una célula a la vez. Un nuevo sistema de microfluidos permite a los investigadores estudiar el curso temporal de una infección viral y las consecuencias de la intervención antiviral en hasta 6, 400 celdas individuales simultáneamente. Las células individuales se infectan con un virus modificado que produce una proteína verde fluorescente que permite a los investigadores rastrear el crecimiento del virus a lo largo del tiempo mediante el seguimiento de la intensidad de la proteína verde fluorescente en cada célula. Crédito:Penn State
Un medicamento antiviral que inhibe la maquinaria de replicación de un virus se dirige selectivamente a los virus más agresivos, según una nueva investigación que analizó la infección de células individuales por un virus y la consecuencia de la intervención antiviral. Esta nueva comprensión de la dinámica de una infección y el mecanismo de un fármaco antiviral no se pudo ver con el enfoque típico de estudio de poblaciones de células. Investigadores de Penn State, Universidad de Duke, y la Universidad de Texas en Austin han desarrollado un sistema de alto rendimiento para estudiar un gran número de células infectadas que facilitaron la nueva información. Aparece en la revista un artículo que describe los resultados de la investigación Informes de celda .
"Tradicionalmente, Los virus y los medicamentos antivirales se estudian infectando una población de células con una población de virus, "dijo Craig Cameron, profesor y titular de la Cátedra Eberly Family en Bioquímica y Biología Molecular en Penn State y autor del artículo. "Tanto las células como los virus varían de forma individual, por lo que los resultados que obtenemos son promedios sobre la población. Los promedios están bien cuando solo están interesados en la eficacia de un medicamento, pero los estudios a nivel unicelular pueden indicarle si determinados miembros de la población son más susceptibles al tratamiento y cuándo, durante el ciclo de vida del virus, actúa el tratamiento ".
Para estudiar la dinámica de una infección viral en células individuales, los investigadores utilizaron una versión modificada del poliovirus que produce una proteína verde fluorescente. A medida que un virus se replica en una célula, se produce cada vez más proteína verde fluorescente, que los investigadores pueden monitorear. Para estudiar suficientes células individuales para obtener confiabilidad, resultados estadísticamente significativos, los investigadores construyeron un dispositivo de microfluidos que les permite monitorear hasta 6, 400 células simultáneamente.
Imagen del dispositivo de microfluidos y la estructura de sus pozos que permite a los investigadores estudiar la dinámica de una infección viral y las consecuencias de la intervención antiviral una célula a la vez. Crédito:Penn State
"Tratamos las células infectadas con poliovirus con 2'-C-metiladenosina, un inhibidor de la polimerasa viral que impide que el virus replique su genoma, un paso necesario para que el virus produzca más virus, "dijo Jamie J. Arnold, profesor asociado de investigación en Penn State y otro autor del artículo. "Este medicamento ayudó a allanar el camino para el desarrollo de sofosbuvir, un medicamento antiviral que forma parte del cóctel de medicamentos que se usa para curar la hepatitis C.Como se esperaba de estudios anteriores, el medicamento eliminó aproximadamente el 50% de las infecciones, pero nos sorprendió ver que el fármaco era más eficaz contra los virus que crecían más rápido, algo que nunca hubiéramos visto si no estuviéramos mirando las células individualmente ".
Los investigadores también siguieron el curso temporal y la dinámica de las infecciones virales en células individuales. Estudiaron el momento en que el virus comenzó a replicarse, la tasa de replicación, y el nivel máximo de crecimiento de virus. Al estudiar las células individualmente, los investigadores pudieron demostrar cuáles de estos factores podrían verse afectados por una ligera variación entre las células y cuáles podrían verse afectados por la variación en los virus.
Seguimiento de una infección viral en una sola célula. Las imágenes superiores muestran una sola célula en el pozo de un dispositivo de microfluidos que permite a los investigadores rastrear la dinámica de una infección viral una célula a la vez. Primero, una imagen de campo brillante que muestra la celda, luego, tres imágenes que muestran la intensidad de la fluorescencia de los virus que infectan la célula que producen la proteína verde fluorescente (GFP) en tres momentos posteriores a la infección (hpi). El gráfico en la parte inferior muestra la intensidad de la expresión de GFP de los virus en la célula durante el transcurso de la infección durante las 24 horas posteriores a la infección. Crédito:Penn State
"Algunos aspectos de la dinámica de una infección parecen estar controlados más por la variación que existe entre las células individuales, pero otros aspectos se deben a la variación genética dentro de la población del virus, ", dijo Cameron." Con nuestra nueva herramienta, podemos comenzar a identificar los factores específicos que varían entre las células o entre los virus que son responsables de los diferentes resultados. Comprender estos mecanismos nos permitirá ser más inteligentes en la forma en que diseñamos nuevos medicamentos antivirales ".
