HIV通过细胞间的直接接触传播
人类免疫缺陷病毒(艾滋病毒)等病原体的传播通常是在试管中进行研究的，即在二维细胞培养中，尽管这很难反映出人体内复杂得多的情况。利用创新的细胞培养系统、定量图像分析和计算机模拟，一个来自海德堡大学的跨学科科学家团队现在已经探索了艾滋病病毒是如何在三维组织样环境中传播的。研究人员的结果表明，组织结构迫使病毒通过细胞间直接接触传播。
尽管已有30多年的研究，但人们对获得性免疫缺陷综合征(艾滋病)病原体艾滋病毒(HIV)传播方式的许多关键方面仍不了解。这些未解决的问题之一涉及到病毒与人体的环境有关。传统上，人们认为被感染细胞释放病毒粒子，然后扩散并最终感染其他细胞。但也有可能病毒颗粒通过密切接触从一个受感染的细胞直接转移到下一个。到目前为止，还不知道哪种传播方式在组织中流行。海德堡大学医院综合传染病研究中心(CIID)的研究主任Oliver Fackler教授解释说:“实验室中关于艾滋病毒复制的研究大多是在塑料培养皿中进行的简单细胞培养实验，不能反映组织的复杂结构和异质性。”
在他们的方法中，海德堡大学的研究人员考虑到了所谓的CD4 T辅助细胞，即被HIV感染的首选细胞类型，在其生理环境中具有高度的活动性。他们使用了一种新的细胞培养系统，在胶原蛋白的帮助下生成了三维支架。这样可以保持细胞的流动性，并在组织样环境中监测感染HIV-1的初级CD4 T细胞，持续数周。使用这种创新的方法，研究人员测量了许多表征细胞运动、病毒复制和CD4 T辅助细胞逐渐丧失的因素。“这产生了一组非常复杂的数据，没有其他学科的科学家的帮助是不可能解释的，”Andrea Imle博士解释说，她在CIID攻读博士期间参与了这个项目。
在分析数据时，进行实验的科学家与来自图像处理、理论生物物理学和数学建模领域的同事进行了合作。他们一起能够描述复杂的行为细胞并在电脑上进行模拟。这使得对决定HIV-1在这些3d培养基中传播的关键过程做出重要预测成为可能，这也被随后的实验所证实。“我们的跨学科研究是实验和模拟的迭代循环如何有助于定量分析复杂生物过程的一个很好的例子，”海德堡大学理论物理研究所的Ulrich Schwarz教授说。
数据分析显示，细胞培养系统的三维环境抑制了无细胞病毒的感染，同时促进了病毒在细胞间的直接传播。海德堡大学生物定量中心的Frederik Graw博士解释说:“我们的模型使我们能够将短的单细胞显微镜薄膜与长期的细胞数量测量相结合，从而估计细胞间接触传播感染所需的最小时间跨度。”研究人员希望这些发现将最终导致新的治疗方法来治疗艾滋病毒。
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