Una nueva mejora de un dispositivo de laboratorio en un chip permite a los investigadores observar simultáneamente miles de células individuales que están infectadas con virus. proporcionar información importante sobre la dinámica de la infección que no está disponible con los métodos tradicionales.

Un equipo de investigadores de Penn State y la Universidad de Texas en Austin han mejorado una versión anterior de un dispositivo de microfluidos que desarrollaron, aumentando enormemente el número de células individuales que se pueden observar a la vez y haciendo viable este enfoque unicelular históricamente laborioso para la detección de fármacos. Un documento que describe el dispositivo, que también proporciona información sobre cómo funcionan los antivirales y si es probable que un virus desarrolle resistencia, aparece en línea el 30 de octubre, 2019 en la revista Avances de la ciencia .

"Los métodos tradicionales para estudiar el efecto de un antiviral en las células infectadas se centran en una población de muchas células infectadas, "dijo Craig Cameron, profesor y titular de la Cátedra de la Familia Eberly en Bioquímica y Biología Molecular en Penn State en el momento de la investigación y autor principal del artículo.

"Cuando aplica un antiviral en una dosis particular a una población, puedes ver cuántas células infectadas mueren, o la eficacia del antivírico. Pero las células individuales pueden responder de manera diferente a un fármaco, lo que puede tener implicaciones importantes para el resultado de la infección y la resistencia a los medicamentos. Anteriormente desarrollamos una forma de estudiar células infectadas individuales, y aquí adaptamos la técnica para multiplicar por diez el número de células individuales que podemos estudiar a la vez ".

El equipo utiliza un dispositivo de microfluidos, un chip grabado con canales diminutos, con aproximadamente 5700 pozos individuales, cada uno de los cuales se puede llenar con un solo, células infectadas. Su dispositivo de primera generación se basó en un método que dejaba vacíos la mayoría de los pozos. Ahora, el equipo ha desarrollado una trampa física que incorporaron en una de las capas del dispositivo, mejorando la ocupación para que ahora puedan llenar alrededor del 90 por ciento de los pozos.

"Otras personas han intentado estudiar infecciones en células individuales, pero tienen que agregar células manualmente a placas de 96 o 384 pocillos, "dijo Wu Liu, un investigador postdoctoral en Penn State en el momento de la investigación que desarrolló la trampa. "Esto es tedioso y requiere mucho tiempo. Con nuestra trampa y dispositivo de microfluidos, podemos observar más de 5000 células individuales a la vez ".

Para probar el dispositivo actualizado, el equipo infectó células con una versión modificada del poliovirus que produce una proteína verde fluorescente y controló la cantidad de fluorescencia, que aumenta a medida que un virus se replica en una célula, tiempo extraordinario. También aplicaron uno de los tres compuestos antivirales a las células infectadas. Se sabe que estos compuestos son eficaces en el tratamiento de infecciones virales y operan a través de diferentes mecanismos, dirigiéndose a diferentes partes del virus o al anfitrión para prevenir la replicación del virus.

El equipo de investigación midió cinco parámetros para describir el curso de la infección, incluido el momento en que el virus comenzó a replicarse, qué tan rápido se replicó, y la cantidad máxima de crecimiento de virus, que en conjunto proporcionan una firma del efecto del compuesto antiviral. Cada uno de los tres compuestos tenía una firma diferente, lo que apoya la idea de que los compuestos con diferentes firmas pueden operar de diferentes maneras. Comparar la firma de un compuesto con la de medicamentos conocidos podría ayudar a reducir el objetivo del medicamento, información que requiere una investigación de seguimiento considerable después de un estudio basado en la población.

"Durante el desarrollo de fármacos, Podríamos crear varios compuestos diferentes que sean estructuralmente similares a un candidato a fármaco antiviral prometedor, "dijo Cameron." Ahora, comparando firmas, podemos determinar si estos análogos actúan sobre los mismos objetivos y compararlos con medicamentos que se sabe que son seguros ".

Usando el dispositivo, los investigadores también pueden determinar si determinados miembros de una población viral son susceptibles al tratamiento y en qué etapa del ciclo de vida del virus actúa el tratamiento. Por ejemplo, una clase de medicamentos parece apuntar a los miembros más fuertes de la población de virus, lo que reduce la probabilidad de que el virus desarrolle resistencia a un tratamiento.

"Este enfoque unicelular también podría ser útil para estudiar combinaciones de antivirales, como ahora podemos ver otros efectos además de la cantidad total de muertes, "dijo Cameron." Por ejemplo, una combinación de fármacos podría ralentizar la velocidad de replicación del virus, lo que podría dar tiempo al sistema inmunológico del huésped para eliminar la infección. No verías eso en un análisis de población ".

Debido a que pueden proporcionar tanta información rápidamente, el equipo espera que el enfoque unicelular complemente, o tal vez incluso reemplazar, pruebas de detección tempranas de candidatos a fármacos. El enfoque también se puede utilizar para detectar medicamentos en busca de cualquier enfermedad para la que exista un ensayo basado en células que controle un cambio en la fluorescencia.

"El dispositivo es actualmente difícil de fabricar, "dijo Cameron, "por eso estamos trabajando para hacerlo más accesible para que pueda ser utilizado por cualquier persona".