Overlevelse af de mindst egnede:Antiviralt lægemiddel retter sig selektivt mod de grimmeste vira

Et antiviralt lægemiddel, der hæmmer en viruss replikationsmaskineri, retter sig selektivt mod de mest aggressive vira, ifølge ny forskning, der så på infektion af individuelle celler med en virus og konsekvensen af ​​antiviral intervention. Denne nye indsigt i dynamikken i en infektion og mekanismen af ​​et antiviralt lægemiddel kunne ikke ses ved den typiske tilgang til at studere populationer af celler. Forskere ved Penn State, Duke University, og University of Texas i Austin har udviklet et high-throughput system til at studere et stort antal single, inficerede celler, der lettede den nye indsigt. Et papir, der beskriver resultaterne af forskningen, vises i tidsskriftet Cellerapporter .

"Traditionelt vira og antivirale lægemidler studeres ved at inficere en population af celler med en population af vira, " sagde Craig Cameron, professor og indehaver af Eberly Family Chair in Biochemistry and Molecular Biology ved Penn State og forfatter til papiret. "Både celler og vira varierer noget individuelt, så de resultater, vi får, er gennemsnit over befolkningen. Gennemsnit er fint, når man kun er interesseret i et lægemiddels effektivitet, men undersøgelser på enkeltcelleniveau kan fortælle dig, om bestemte medlemmer af befolkningen er mere modtagelige for behandlingen, og hvornår behandlingen virker i løbet af virusets livscyklus."

At studere dynamikken i en virusinfektion på individuelle celler, forskerne brugte en modificeret version af poliovirus, der producerer et grønt-fluorescerende protein. Når en virus replikerer i en celle, mere og mere af det grønt-fluorescerende protein produceres, som forskerne kan overvåge. For at studere nok individuelle celler til at blive pålidelige, statistisk signifikante resultater, forskerne byggede en mikrofluidisk enhed, der giver dem mulighed for at overvåge op til 6, 400 celler samtidigt.

"Vi behandlede celler inficeret med poliovirus med 2'-C-methyladenosin, en viral polymerasehæmmer, der forhindrer virussen i at replikere sit genom - et nødvendigt skridt for, at virussen kan producere flere vira, " sagde Jamie J. Arnold, en forskningslektor ved Penn State og en anden forfatter til papiret. "Dette lægemiddel hjalp med at bane vejen for udviklingen af ​​sofosbuvir, et antiviralt lægemiddel, der er en del af den cocktail af lægemidler, der bruges til at helbrede hepatitis C. Som forventet fra tidligere undersøgelser, stoffet eliminerede omkring 50% af infektionerne, men vi var overraskede over at se, at stoffet var mest effektivt mod vira, der voksede hurtigst, noget, vi aldrig kunne have set, hvis vi ikke kiggede på celler individuelt."

Forskerne fulgte også tidsforløbet og dynamikken for virusinfektioner i individuelle celler. De studerede det tidspunkt, hvor virussen begyndte at replikere, replikationshastigheden, og det maksimale niveau af virusvækst. Ved at studere celler individuelt, forskerne var i stand til at vise, hvilke af disse faktorer der kunne blive påvirket af en lille variation mellem cellerne, og hvilke der kunne påvirkes af variation i vira.

"Nogle aspekter af dynamikken i en infektion ser ud til at være styret mere af variation, der eksisterer mellem individuelle celler, men andre aspekter skyldes genetisk variation inden for viruspopulationen, " sagde Cameron. "Med vores nye værktøj, vi kan begynde at identificere de specifikke faktorer, der varierer mellem cellerne eller mellem de vira, der er ansvarlige for de forskellige udfald. At forstå disse mekanismer vil give os mulighed for at være klogere i den måde, vi designer nye antivirale lægemidler på."