La propagación de patógenos como el virus de la inmunodeficiencia humana VIH a menudo se estudia en un tubo de ensayo, es decir, en cultivos celulares bidimensionales, a pesar de que apenas refleja las condiciones mucho más complejas en el cuerpo humano. Utilizando sistemas innovadores de cultivo celular, análisis de imágenes cuantitativas y simulaciones por computadora, un equipo interdisciplinario de científicos de la Universidad de Heidelberg ha explorado cómo se propaga el VIH en entornos tridimensionales similares a los tejidos. Los resultados de los investigadores muestran que la estructura del tejido obliga al virus a propagarse a través de células directas.contacto con la célula.
A pesar de más de 30 años de investigación, aún no se comprenden muchos aspectos clave de cómo se propaga el VIH, el agente causante del síndrome de inmunodeficiencia adquirida SIDA. Una de estas preguntas no resueltas se refiere a las interacciones entre el virus y el medio ambiente en elcuerpo humano. Tradicionalmente se ha supuesto que las células infectadas liberan partículas virales que luego se difunden y eventualmente infectan otras células. Pero también es posible que las partículas virales se transfieran directamente de una célula infectada a la siguiente a través del contacto cercano. Hasta ahora era desconocidocuál de estos modos de transmisión prevaleció en los tejidos. "Los estudios sobre la replicación del VIH en el laboratorio se realizan principalmente en experimentos de cultivo celular simple en platos de plástico que no reflejan la compleja arquitectura y la heterogeneidad de los tejidos", explica el director del estudio, Prof. Dr. Oliver Facklerdel Centro de Investigación Integrativa de Enfermedades Infecciosas CIID en el Hospital de la Universidad de Heidelberg.
En su enfoque, los investigadores de Heidelberg tomaron en cuenta que las llamadas células T auxiliares CD4, el tipo celular preferido infectado por el VIH, son muy móviles en su entorno fisiológico. Utilizaron un nuevo sistema de cultivo celular, en el que trestridimensional se generó con la ayuda de colágeno, lo que permitió mantener la movilidad de las células y monitorear las células T CD4 primarias infectadas con VIH-1 en un entorno similar a los tejidos en el transcurso de varias semanas. Utilizando este enfoque innovador, los investigadoresmidió una serie de factores que caracterizan la motilidad celular, la replicación del virus y la pérdida gradual de las células T CD4 auxiliares. "Esto arrojó un conjunto de datos muy complejo que era imposible de interpretar sin la ayuda de científicos de otras disciplinas", explica el Dr. Andrea.Imle, quien trabajó en el proyecto durante su doctorado en el CIID.
Al analizar los datos, los científicos que realizaron los experimentos colaboraron con colegas de los campos de procesamiento de imágenes, biofísica teórica y modelado matemático. Juntos pudieron caracterizar el comportamiento complejo de células y virus y simularlo en la computadora.hizo posible hacer predicciones importantes sobre los procesos clave que determinan la propagación del VIH-1 en estas culturas 3D, que fueron confirmadas por la experimentación posterior. "Nuestro estudio interdisciplinario es un buen ejemplo de cómo los ciclos iterativos de experimentación y simulación pueden ayudar a analizar cuantitativamenteun proceso biológico complejo ", afirma el profesor Dr. Ulrich Schwarz del Instituto de Física Teórica de la Universidad de Heidelberg.
El análisis de datos reveló que el entorno 3D del sistema de cultivo celular suprime la infección con un virus libre de células al tiempo que promueve la transmisión directa del virus de una célula a otra ". Nuestros modelos nos permitieron integrar películas cortas de microscopía unicelular con células largasmedidas de población celular a término y, por lo tanto, para estimar el período de tiempo mínimo requerido para que los contactos de célula a célula transmitan la infección ", explica el Dr. Frederik Graw, del Centro BioQuant de la Universidad de Heidelberg. Los investigadores esperan que estos hallazgos eventualmente conduzcan a nuevos enfoques terapéuticosen el tratamiento del VIH.
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Materiales proporcionado por Universidad de Heidelberg . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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