利用细胞培养的承诺SARS-CoV-2战斗

COVID-19大流行大大破坏了科学活动。实验室已经被迫关闭。研究人员一直在休假,并建议在家工作。动物设施也被缩小和航运研究供应已经被推迟。

然而,尽管存在这些挑战,许多研究人员仍然并未被科学专业知识并应用在对抗SARS-CoV-2,负责COVID-19的冠状病毒。可移植的诊断工具周转时间较短的被发明出来,便于及时和球场上病毒检测。不同材料制成的面具已经测试了防止气溶胶传播的能力和可重用的面具,可以消毒与电场/热已经商业化。此外,大流行已明显加速疫苗开发在前所未有的情况下,动机的公司相互竞争的利益共同努力解决这个全球健康危机。

为了充分赢得对抗SARS-CoV-2,首先要了解COVID-19病毒感染的生物机制。各种模型已经使用,但没有一个细胞培养一样频繁。细胞培养,包括永生化细胞系,干细胞系和主细胞的患者,被用作在体外模型来理解病毒进入人类细胞。他们是有用的用于药物筛选和细胞工厂产生病毒颗粒进行测试。这篇文章重点强调了承诺使用细胞培养进行研究,介绍了这些模型是如何对抗COVID-19做出贡献。

细胞培养

各种各样的在体外细胞培养存在,根据实验的目的,他们每个人都有优点和缺点。

永生化细胞系

最常见的细胞培养永生化细胞系,如海拉,曹和维洛细胞。顾名思义,这些细胞通过自然突变或基因工程,已成为不朽,使他们能够无限期生长在文化。这些细胞分裂速度相对较快,便宜的获得和维护,通常更同质的生物学性质。细胞系是最适合当有要求使用高细胞数量等在最初阶段的高通量COVID-19药物筛选确定一个目标。

干细胞系

干细胞系,如间充质和诱导多能干细胞(万能),另一方面,有内在的无限增殖的能力,前提是他们获得适当的生长信号。

干细胞可以获得直接从他们的来源或治疗de-differentiation化学鸡尾酒恢复干细胞样状态。因为他们承担更多类似的细胞生物学特性在活的有机体内生物测试,他们是更好的模型。然而,主要的干细胞可以是困难和昂贵的维护。例如,一些主要的干细胞需要给料机具备干细胞细胞维持他们和大多数只能生长在表面涂有特定的生物材料。在这种情况下,病人的细胞不容易获得,也可以区分不同谱系的细胞则包括神经元,心肌细胞,免疫细胞,应用COVID-19药物测试调查药物潜在的副作用。万能也被用来构造三维细胞培养称为瀑样促进生物调查在3 d环境中在努力c失去概括的在活的有机体内设置。

主细胞

细胞培养的最后一种类型是主要细胞的病人。这些细胞仍然是极具挑战性的成长因为商用产品像媒体对他们来说不是最优的,因此这些细胞增殖并不好体外。到目前为止,除了可能是主要从患者白细胞可以有效地培养体外。这也是部分由嵌合抗原受体(汽车)T细胞疗法的发展制造工程的T细胞癌症免疫疗法。体外文化的主要免疫细胞尤其有用研究免疫曲目参与抗原和抗体生产认可SARS-CoV-2。

了解疾病的细胞培养

最重要的一个问题COVID-19是病毒进入宿主细胞的机制。细胞培养是一个宝贵的工具,发现人类血管紧张素转换酶2的角色(hACE2)细胞表面受体在促进病毒进入人类细胞。明尼苏达大学的商和他的同事们利用各种各样的永生化细胞系(HEK293T、海拉、Calu-3和MRC-5)发现病毒表面突起蛋白结合hACE2通过其受体结合域(RBD)和由人类宿主蛋白酶proteolytically激活。冠状病毒膜融合S2蛋白也发现作为一个对于病毒细胞细胞膜融合非常必要的蛋白质。这项研究表明,免疫抗体疗法与高亲和力hACE2或者RBD可以抑制SARS-CoV-2与宿主细胞,因此防止其条目。最后,化合物可以抑制宿主细胞膜和溶酶体蛋白酶负责激活病毒,也可能是有用的治疗。

这些发现也支持后续研究马库斯·霍夫曼博士科学家德国哥廷根灵长类中心,和同事们表明,丝氨酸蛋白酶的抑制剂TMPRSS2(细胞表面蛋白)是能够阻止SARS-CoV-2感染肺细胞。”我们确定了细胞蛋白质TMPRSS2作为SARS-CoV-2感染和关键因素表明,现有的药物,在日本被批准用于治疗胰腺炎,camostat甲磺酸盐,可以抑制TMPRSS2活性,从而阻止SARS-CoV-2感染在细胞培养实验中,”霍夫曼说。

霍夫曼补充说:“我们正在探索的抗病毒效应camostat甲磺酸和相关药物在文化系统,代表了人类的呼吸道,和我们收集数据所需的药物的剂量和长寿。最后,我们计划做功效测试最有前途的药物在非人类灵长类动物实验感染SARS-CoV-2。”

利用细胞培养的研究也提供了洞察COVID-19感染的症状。理解为什么COVID-19-positive病人遭受持续的咳嗽和其他呼吸系统影响,贾和他的同事们分析了ACE2受体表达基本人工气道上皮细胞,细胞培养发现在这些气道细胞受体高表达,以及ACE2表达和易感性之间的关系SARS-CoV-2感染。研究人员还发现了高ACE2表达人类神经元,特别是嗅觉神经细胞,可能在一些病人解释气味的损失经验。最近,更大比例的ACE2阳性细胞发现在消化道相比肺,和受体表达在胃癌细胞高,可能解释的症状腹泻。

这无数COVID-19相关症状的积极寻找细胞趋向性SARS-CoV-2。例如,楚系统和他的同事们调查复制率和细胞损伤SARS-CoV-2在不同物种的细胞(人类,非人类的灵长类动物,猫,兔子,猪)和器官。他们的研究揭示了细胞的范围SARS-CoV-2能够感染有效生成的生理相关研究该病的动物模型。

更好地生成政策管理的传播SARS-CoV-2,科学家们还利用细胞培养理解病毒进入人体的可能的途径。例如,徐和同事利用批量核糖核酸测序技术和发现ACE2高度表达在口腔的粘膜,特别是舌上皮细胞在组织来自病人。这一发现表明,口腔是一个敏感的路线SARS-CoV-2条目,除了肺。

药物筛选的细胞培养

高通量药物筛选细胞培养是无价的工具来识别疗法抑制条目和复制的能力SARS-CoV-2。Touret和他的同事们筛选1520年美国食品和药物管理局(FDA)批准的药物在体外为他们的抗病毒特性使用VeroE6和Caco-2永生化细胞系。从这项研究中,他们发现了90种化合物生成不同药物类别抗生素和质子泵抑制剂等,这可能是治疗相关。同样,Ianevski和同事利用VeroE6细胞系发现,结合orally-available virus-directed奈非那韦和host-directed amaodiaquine表现出最好的治疗效果SARS-CoV-2在136个广谱抗病毒的产品。

最近,Daniloski也和他的同事们执行淘汰赛筛选的基因在人类基因组中识别所需SARS-CoV-2感染人类肺泡上皮细胞系。他们发现,包括那些最重要的基因编码的空泡的腺苷三磷酸酶质子泵和Arp2/3复杂,他们也利用RNA干扰淘汰赛和小分子抑制剂进行验证。

更进一步,通过使用两个在体外细胞培养和计算分析方法,教授。都铎式电脑和他的团队筛选近4000个批准药物和确定结构相似性羟氯喹。在他们的研究中,他们发现zuclopenthixol和nebivolol COVID-19感染在低浓度以最小的副作用,建议这些药物可能会进一步检测其治疗价值。

”关键我们的工作不仅仅是辅助工作,而且双重(独立)实验证实这些药物在体外。实验首先在新墨西哥大学健康科学中心(Steven Bradfute实验室)后来被证实田纳西州大学健康科学中心(科琳琼森实验室),”电脑说。

“鉴于记录再感染的情况下,有可能对SARS-CoV-2疫苗可能不工作,所以我们需要继续追求有效的治疗方法。将药物与协同效应可能前进的最好方法。这背后的思想是给较低剂量的药物可以更安全,可因为一些药物短缺。同时,这种方法提供了一项双管齐下的攻击病毒,就容易培养耐药当受到单一疗法,”电脑补充道。

细胞培养生产病毒粒子

研究SARS-CoV-2传播和感染,如测试不同掩模材料块SARS-CoV-2传播,需要获得的病毒样本。把降低成本的维护和快速的细胞分裂,永生化细胞系已用作工厂产生病毒颗粒。这有助于大规模生产的病毒检测,极大地增强了科学研究时访问病人的样本中提取病毒的挑战。凯和同事显示病毒复制的严重急性呼吸系统syndrome-associated冠状病毒(冠)有效地发生在不同的细胞系。在高滴度的病毒可以被孤立在没有特定的细胞病变效应。类似的技术可以被应用到SARS-CoV-2因为它属于同一病毒的家庭。

结论

细胞培养有促进研究调查的生物学SARS-CoV-2感染和被用于药物筛选,他们也有用作为产生病毒颗粒和治疗手段。细胞培养生物研究的一个宝贵的工具,将是一个持续的对抗COVID-19关键因素。