21.10.2020

Новый способ изучения влияния ВИЧ на мозг

Новый способ изучения влияния ВИЧ на мозг
                Культивируя астроциты, микроглию и нейроны — все происходящие из индуцированных человеком плюрипотентных стволовых клеток — в одной чашке исследователи создали эффективную модель для изучения когнитивного воздействия ВИЧ и других заболеваний. Предоставлено: Шон Райан

Хотя многие негативные последствия заражения вирусом иммунодефицита человека можно смягчить с помощью антиретровирусной терапии (АРТ), одной из областей, в которых достижения медицины не достигли такого большого прогресса, является снижение когнитивных воздействий. Половина пациентов с ВИЧ имеют связанные с ВИЧ нейрокогнитивные расстройства (HAND), которые могут проявляться различными способами, от забывчивости и путаницы до изменений поведения и двигательных нарушений.
                                                                                       

Чтобы лучше понять механизмы, лежащие в основе HAND, исследователи из Школы стоматологии Пенна и Школы медицины им. Перельмана и из Детской больницы Филадельфии (CHOP) объединили свой дополнительный опыт для создания системы лабораторных моделей с использованием трех типов: клетки мозга, как полагают, участвуют. Во главе с докторантом Шоном Райаном, который совместно руководил Келли Джордан-Скиутто из Penn Dental Medicine и Стюарт Андерсон из CHOP и Penn Medicine, модель повторяет важные особенности того, как ВИЧ-инфекция и АРТ влияют на мозг.

«Честно говоря, у моделей, которые мы обычно используем в области ВИЧ, есть много недостатков, — говорит Джордан-Скиутто, соавтор статьи в статье, которая появляется в журнале Stem Cell Reports. «Сила этой системы в том, что она позволяет нам смотреть на взаимодействие между различными типами клеток человеческого происхождения таким образом, чтобы это было более актуальным для пациентов, чем другие модели».

Помимо изучения ВИЧ, члены команды планируют использовать ту же модель, чтобы пролить свет на неврологические механизмы, лежащие в основе других состояний, таких как шизофрения, болезнь Альцгеймера и даже нормальное старение.

«Мы сотрудничаем с различными коллегами, чтобы использовать эту систему для изучения болезни Альцгеймера, а также шизофрении», — говорит Андерсон, соавтор статьи. «У нас есть компоненты в блюде, которые, как мы знаем, взаимодействуют при этих заболеваниях, и это дает нам новый способ сочетания и подбора, чтобы понять, как определенные клетки способствуют повреждению нейронов».

Действительно, стимул для создания модели вырос не из исследований ВИЧ, а из-за работы, которую Райан проводил в лаборатории Андерсона по шизофрении.

«Мы рассматривали роль микроглии, резидентных иммунных клеток центральной нервной системы», — говорит Райан, первый автор работы. «Мы хотели посмотреть, сможем ли мы увидеть механистические изменения, которые происходят с микроглией при шизофрении».

Для этого Райану и Андерсону было интересно использовать индуцированные человеком плюрипотентные стволовые клетки — взрослые клетки, которые перепрограммированы так, чтобы напоминать эмбриональные стволовые клетки, — которые можно заставить дифференцироваться во множество различных типов клеток.

Но шизофрения — это сложное заболевание с множеством способствующих генетических факторов и факторов окружающей среды и широким спектром проявлений. Вместо того, чтобы смотреть на что-то сложное, они стремились применить свою новую систему к заболеванию, которое также наносит неврологический ущерб, но наносит более драматический характер и в котором также участвует микроглия: инфекция ВИЧ/СПИД.

Они обратились к Джордану Скиутто, который имеет большой опыт исследования механизмов HAND и жаждал возможности разработать модель, превосходящую те, которые доступны в настоящее время. Вместе ученые определили три типа клеток, которые они больше всего интересовали в изучении: нейроны, астроциты и микроглия.

Нейроны не инфицированы ВИЧ напрямую, но известно, что они повреждены во время заражения. Между тем, считается, что астроциты взаимодействуют с нейронами, вызывая повреждение, посылая провоспалительные факторы в пространства между клетками, называемые синапсами. А микроглия, которая отвечает за поддержание здоровой окружающей среды при отсутствии заболеваний, расширяется и способствует воспалению во время ВИЧ-инфекции.


            Новый способ изучения влияния ВИЧ на мозг
                Заражая микроглию ВИЧ, а затем добавляя эти клетки к астроцитам и нейронам, команда обнаружила, что модельная система повторяет ключевые признаки повреждения, наблюдаемого в мозге во время ВИЧ-инфекции, с антиретровирусной терапией или без нее. Предоставлено: Шон Райан

После того, как была решена техническая задача создания этой поддающейся лечению модели, в которой каждый тип клеток генерируется независимо, а затем смешивается, команда использовала его для исследования того, как ВИЧ-инфекция и АРТ влияют на клетки, как по отдельности, так и в комбинации.

«Многие люди принимают PreEP [профилактику до контакта], если они находятся в ситуации, когда их риск заражения ВИЧ повышен», — говорит Райан. «Точно так же, как мы хотим понять когнитивное воздействие ВИЧ, мы также хотим посмотреть, влияют ли одни эти препараты на здоровье мозга у здоровых людей».

Исследователи изучили экспрессию РНК в своих культурах, чтобы понять, какие белки и сигнальные пути активируются в каждом сценарии. Во время инфекции они видели воспалительные пути, которые ранее были вовлечены в ВИЧ в более ранних исследованиях. Когда они ввели антиретровирусный препарат EFZ, который не является общепринятым в Соединенных Штатах, но остается передовой терапией во многих других регионах мира с инфекцией, активность большинства этих путей была снижена.

«Но в этом сценарии был свой уникальный ответ», — говорит Райан. Определенные пути, связанные с воспалением и повреждением, остались, несмотря на введение EFZ.

«Лечение EFZ трикультурами, включающими ВИЧ-инфицированную микроглию, уменьшает воспаление примерно на 70%», — говорит Райан. Интересно, что ЭФЗ сама по себе также вызывает воспаление, хотя и в меньшей степени, чем инфекция.

«Кажется, комбинация инфекции и АРТ создает свой собственный уникальный ответ, который отличается от суммы его частей», — говорит Райан. «Знание того, какие пути все еще активны благодаря АРТ, может помочь нам надлежащим образом нацелить дополнительную терапию, чтобы у пациентов не развивалась РУКА».

Многие признаки инфекции видны в трехклеточной культуре, что известно из ВИЧ-инфекции и АРТ-терапии у людей, что дает исследователям уверенность в надежности их модели.

«Просто глядя на микроглию, — говорит Андерсон, — мы видим в нашей системе, что они берут на себя обе свои обычные роли в поддержании равновесия ключевых сигнальных систем в их нормальном состоянии, активации и причинении ущерба во время сражения». инфекции. Мы можем моделировать нормальность и аномалию так, как не могли раньше. «

Для Джордан-Скьютто новая система «действительно изменит способ работы моей лаборатории в будущем». Она надеется, что многие другие ученые, работающие с ВИЧ, продолжат свои исследования, поскольку она также исследует другие аспекты воздействия ВИЧ на мозг, например, как он проходит через гематоэнцефалический барьер, который обычно защищает центральную нервную систему от воспаления и инфекции.

Авторы исследования отдают должное совместной среде в Penn для этого междисциплинарного проекта. «Щупальца этого проекта простираются от CHOP до стоматологической школы, до ветеринарной школы до медицинской школы», — говорит Андерсон. «Пенн — это особенное место, где люди с большей вероятностью делятся своими технологиями и позволяют другим людям работать с ними и разрабатывать их. Этот проект является отличным примером этого».

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *