Церебральная органоидная модель дает представление о механизмах персистенции вируса Эбола

После заражения вирус Эбола может оставаться незамеченным в организме человека в течение нескольких месяцев или даже лет, скрываясь в районах с небольшим иммунным надзором, таких как центральная нервная система. При этом возникает опасность рецидива болезни, вызванной вирусом Эбола, или даже новой вспышки.

Используя церебральную органоидную модель, исследователи из Медицинской школы Икана на горе Синай и Института тропической медицины Бернхарда Нохта (BNITM) вместе с другими сотрудниками получили ценную информацию о механизмах сохранения вируса Эбола. Результаты были недавно опубликованы в Nature Microbiology.

Вирус Эбола - это филовирус, который вызывает болезнь, вызванную вирусом Эбола, тяжелую и часто смертельную инфекцию. Даже если пострадавшие переживут острую фазу заболевания, вирус может остаться в организме. Инфекционный вирус Эбола был обнаружен в сперме в течение нескольких месяцев или даже года после заражения. Вирус также может сохраняться в других иммунопривилегированных органах, таких какцентральной нервной системы, особенно головного мозга. Иммунопривилегированная означает, что иммунная система реагирует ослабленным и контролируемым образом в этих областях, чтобы защитить чувствительные ткани. В результате он не всегда может полностью устранить вирус. Это постоянное присутствие вируса увеличивает риск позднего воспалительного заболевания и рецидивов у отдельных пациентов и, хотя и редко, повторной передачи другим.

Церебральные органоиды, пригодные для исследования персистенции Эболы

Мало что известно о механизмах, которые позволяют вирусу Эбола выживать в течение длительного времени в своем хозяине. Сохраняется ли он в тканях или в отдельных клетках? Изменяет ли он свой геном, чтобы избежать обнаружения нашей иммунной системой? Поскольку исследования центральной нервной системы человека очень сложны, для ответа на эти научные вопросы требуются подходящие модельные системы. С этой целью исследовательская группа успешно использовала установленную церебральную органоидную модель для проведения долгосрочных исследований инфекции.создавая эти органоиды, они стимулировали индуцированные человеком плюрипотентные стволовые клетки таким образом, чтобы позволить им развиваться в сферические мозгоподобные структуры, состоящие из различных типов клеток центральной нервной системы.

Эти церебральные органоиды позволяют нам подробно исследовать механизмы, которые вирус Эбола и другие филовирусы используют для сохранения в центральной нервной системе человека. С помощью экспериментов в этой модельной системе мы можем получить представление, которое поможет нам лучше понять долгосрочные последствия персистенции, такие как тяжелое, а иногда и смертельное воспаление, наблюдаемое у выживших после болезни, вызванной вирусом Эбола, с менингоэнцефалитом."

Lina Widerspick, PhD, первый автор публикации и бывший научный сотрудник BNITM

Она провела часть экспериментов во время исследовательского визита в Комплексный исследовательский центр им. Фредерика Национальных институтов здравоохранения в Соединенных Штатах. В настоящее время она работает в Институте микробиологии Бундесвера в Мюнхенеh, Германия.

Более того, органоиды дают уникальную возможность изучать это явление на человеческом фоне, а не на животной модели. Это может помочь в переоценке и оптимизации методов лечения, таких как противовирусные препараты, и еще больше открывает возможности для сокращения использования моделей на животных в исследованиях инфекционных заболеваний.

Вирус Эбола может длительно выживать в церебральных органоидах

Исследователи показали, что вирус Эбола и другие филовирусы, такие как вирус Судан, Рестон и Марбург, могут размножаться в церебральных органоидах до 120 дней. Они также обнаружили, что вирус Эбола инфицировал различные типы клеток в церебральных органоидах - нейронах, а также астроцитах. Микроглия, иммунные клетки мозга, также были привлечены к месту и инфицированы вирусом. Вирус Эбола мог распространяться в органоидах головного мозга двумя способами: непосредственно от инфицированной клетки к соседней клетке и путем почкования из клетки-хозяина, что является классическим способом распространения вируса. Таким образом, это представляет собой "pродуктивной персистенции », что означает, что вирус Эбола не присутствует в неактивном состоянии в клетках, но остается инфекционным.

Органоиды головного мозга продуцировали провоспалительные цитокины, но иммунный ответ не смог успешно устранить вирус во время персистирующей инфекции. «Мы наблюдали повышенные иммунные и воспалительные реакции на поздних стадиях церебральной органоидной культуры. Поэтому мы пришли к выводу, что персистирующая инфекция, вызванная вирусом Эбола, в иммунопривилегированных тканях может привести к местному воспалению. Это наблюдение согласуется с тем фактом, что у некоторых выживших после болезни, вызванной вирусом Эбола, через несколько месяцев после заражения вирусом Эбола развивается воспаление глаз, мозговых оболочек или мозга », - говорит Сесар Муньос-Фонтела, доктор философии, руководитель исследовательской группы по иммунологии вирусов в BNITM и один из последних авторов исследования.

Как Эбола приспосабливается к выживанию

Дефектные вирусные геномы считаются хорошо известным механизмом, используемым многими вирусами для подавления их репликации. Это позволяетчтобы вирусы выживали в организме в ослабленной, но долговременной форме. Также известно, что геномы вируса Эбола мутируют, когда они реплицируются в течение длительного времени, поскольку их генетический механизм не может выверять геномы так, как это сделал бы человеческий механизм. Исследовательская группа в настоящее время выявила дефектные вирусные геномы и частицы, а также мутации в геномах вируса Эбола на поздней стадии стойко инфицированных церебральных органоидов.

«Многие из этих мутаций были предложены для уменьшения или предотвращения репликации вируса при естественных инфекциях. Поскольку вирус Эбола ведет себя в этой модельной системе аналогично тому, как он ведет себя при инфекциях человека, это подчеркивает пригодность наших церебральных органоидов для исследования персистенции филовируса», - объясняет Густаво Паласиос, доктор философии, профессор микробиологии в Медицинской школе Икана, последний автор публикации и эксперт по геномике вируса Эбола. Исследователи также выявили мутации, которые не были описаны в вирусе Эболавыжившие после заболевания. В настоящее время необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить, связаны ли эти мутации причинно с персистенцией филовируса.

«Наша работа с человеческими церебральными органоидами подчеркивает потенциал этой модельной системы для исследования стойких инфекций в иммунопривилегированных тканях», - сказал д-р Паласиос. «Дальнейшие исследования теперь важны для изучения долгосрочных взаимодействий между вирусом и хозяином, расширяя наши исследования до менее изученных филовирусов, таких как Reston, Ta? Forest, Bombali и Bundibugyo virus, и для углубления нашего понимания механизмов филовирусной персистенции».