Институт молекулярной биотехнологии Австрийской академии наук продемонстрировал, что различные вирусы могут приводить к порокам мозга через различные механизмы с использованием моделей органоидов человеческого мозга. Результаты опубликованы в журнале Cell Stem Cell .
Микроцефалия, термин, относящийся к порокам развития мозга плода, может быть вызван различными инфекциями во время беременности. Рассматриваемые инфекционные агенты сгруппированы под общим термином патогены TORCH со ссылкой на Toxoplasma gondii, Other, краснуху, цитомегаловирус человека (HCMV), вирусы простого герпеса 1 и 2 (HSV-1 и HSV-2), а также недавно появившийся вирус Зика (ZIKV), который также был добавлен в группу. Вопрос о том, все ли патогены TORCH приводят к микроцефалии через один и тот же механизм, остается неясным из-за отсутствия подходящих экспериментальных моделей. Теперь группа исследователей под руководством научного директора IMBA Юргена Кноблиха проводит первый сравнительный анализ механизмов, связанных с вирус-индуцированной микроцефалией, с использованием органоида человеческого мозга.(HBO) модель, полученная из плюрипотентных стволовых клеток человека (hPSC).
«Двумя основными трудностями в исследовании этих состояний являются: во-первых, деликатная тема тестирования вредных воздействий на развитие мозга плода во время беременности, что, по понятным причинам, препятствует прямым исследованиям на человеческих зародышах, и, во-вторых, непригодность моделей лабораторных животных, как таковых. ни естественные хозяева вирусов, ни они не представляют собой точную модель развития человеческого мозга. С этой целью наша группа смогла сравнить трехмерные модели органоидов человеческого мозга, инфицированные различными вирусами. Эти модели инфекции дают нам наиболее точное представление о результаты развития человеческого мозга с помощью вирусов, которые мы изучаем, и помогают нам проанализировать основные структурные, клеточные, транскрипционные и иммунологические параметры », — объясняет первый автор Вероника Кренн, научный сотрудник группы Кноблиха в IMBA.
В настоящем исследовании исследователи смогли обойти эти трудности и получить ценную информацию о фенотипах, напоминающих микроцефалию у органоидов. Кренн и ее коллеги делают это, заражая 3D-культуры HBO TORCH-вирусами, такими как ZIKV и HSV-1, и демонстрируют, что и ZIKV, и HSV-1 распространяются в органоидах и останавливают их рост, способствуя гибели клеток. Посредством транскрипционного профилирования команда показывает уникальную особенность инфекции ВПГ-1 в органоидах, а именно склонность к нарушению их нейроэпителиальной идентичности. Другим важным открытием является то, что, хотя и ZIKV, и HSV-1 ослабляют систему иммунного ответа на интерферон I типа (IFN) в органоидах, они, по-видимому, делают это с помощью различных механизмов, что очевидно из экспериментов по спасению с использованием различных IFN типа I.
Полученные данные подчеркивают различные пути, используемые различными TORCH-вирусами, чтобы вызвать микроцефалию, и выявляют сложные клеточные иммунные защиты, такие как нейропротекторная роль различных ответов IFN типа I. Важность этих результатов также заключается в их уникальном наблюдении на трехмерных культурах органоидов головного мозга, а не на двумерных системах культивирования, что подчеркивает превосходство моделей HBO в воспроизведении вирус- индуцированных невропатологических состояний и их значимость для изучения механизмов вирусных инфекций.