利用细胞培养物对抗SARS-CoV-2的前景
COVID-19大流行严重扰乱了科学活动。实验室被迫关闭了。研究人员被安排休假，并被建议在家工作。动物设施的规模也被缩小，研究用品的运输也被推迟。
然而，尽管面临这些挑战，许多研究人员仍然没有气馁，并将他们的科学专业知识应用于对抗SARS-CoV-2，即导致COVID-19的冠状病毒。可移植的诊断工具由于周转时间短，便于及时和现场病毒检测。由不同材料制成的口罩已经对其防止气溶胶传播的能力进行了测试，并且可以用电场/热消毒的可重复使用的口罩已经商业化。此外，这一流行病已明显加速蔓延疫苗开发这是一种前所未有的情况，促使具有相互竞争利益的公司共同努力解决这一全球健康危机。
才能全面打赢抗疫斗争SARS-CoV-2因此，了解新冠病毒感染的生物学机制至关重要。已经使用了多种模型，但没有一种像细胞培养那样频繁。细胞培养，包括永生化细胞系，干细胞系和来自患者的原代细胞，正被用于在体外了解病毒进入人体细胞的模型。它们可以用于药物筛选，也可以作为细胞工厂产生用于测试的病毒颗粒。本文重点介绍了正在使用细胞培养进行的有前景的研究，并说明了这些模型如何为抗击COVID-19做出贡献。
细胞培养
各种各样的在体外细胞培养是存在的，根据实验目的的不同，它们各有利弊。
永生细胞系
最常见的细胞培养是永生化细胞系，如HeLa, CHO和Vero细胞。顾名思义，这些细胞通过自然突变或基因工程变得不朽，使它们能够在培养基中无限生长。这些细胞以相对较快的速度分裂，获得和维持成本较低，其生物学特性通常更同质。细胞系最适合在需要大量细胞数量时使用，例如在初始阶段高通量COVID-19药物筛选确定目标。
干细胞系
干细胞系，如间充质和诱导多能干细胞另一方面，iPSCs具有无限增殖的内在能力，只要它们接收到适当的生长信号。
干细胞既可以直接从其来源获得，也可以用去分化化学混合物处理，使其恢复到类似干细胞的状态。因为它们具有与细胞更相似的生物学特征在活的有机体内在美国，它们是更好的生物测试模型。然而，原代干细胞的维持既困难又昂贵。例如，一些原代干细胞需要喂养细胞来维持它们的干性，而且大多数干细胞只能在涂有特定生物材料的表面上生长。在不容易获得患者细胞的情况下，诱导多能干细胞还可以分化为不同的谱系，包括神经元、心肌细胞和免疫细胞，用于COVID-19药物测试等应用，以调查药物的潜在不良反应。诱导多能干细胞也被用于构建3D细胞培养物瀑样以便在3D环境中进行生物研究在努力中c粗略地概括在活的有机体内设置。
主细胞
最后一种细胞培养是来自患者的原代细胞。培养这些细胞仍然极具挑战性，因为商业上可用的产品，如培养基，没有针对它们进行优化，因此这些细胞不能很好地增殖体外．到目前为止，例外可能是来自患者的原代白细胞，可以有效地培养体外．这在一定程度上也是由嵌合抗原受体(CAR) T细胞疗法的发展推动的，用于制造工程化T细胞癌症免疫疗法．体外原代免疫细胞的培养特别有用研究免疫系统涉及抗原识别和抗体的产生SARS-CoV-2．
细胞培养用于了解疾病
关于COVID-19最重要的问题之一是病毒进入宿主细胞的机制。细胞培养一直是发现人类血管紧张素转换酶2 (hACE2)细胞表面受体在促进病毒进入人类细胞中的作用的宝贵工具。Shang和他在明尼苏达大学的同事们利用了多种永生细胞系(HEK293T, HeLa, Calu-3和MRC-5)和发现病毒表面刺突蛋白通过其受体结合域(RBD)与hACE2结合，并被人类宿主蛋白酶蛋白水解激活。冠状病毒膜融合S2蛋白也被发现是病毒-细胞膜融合的必需蛋白。这项研究表明，对hACE2或RBD具有高亲和力的基于抗体的治疗方法可以抑制SARS-CoV-2与宿主细胞结合，从而阻止其进入。最后，可以抑制宿主细胞膜和负责激活病毒进入的溶酶体蛋白酶的化合物也可能用于治疗。
这些发现也得到了后续研究的支持研究德国灵长类动物中心(Göttingen)的科学家Markus Hoffmann博士及其同事的研究表明，丝氨酸蛋白酶TMPRSS2(一种细胞表面蛋白)的抑制剂能够阻断肺细胞中的SARS-CoV-2感染。”我们发现细胞蛋白TMPRSS2是SARS-CoV-2感染的一个关键因素，并表明日本批准的一种用于治疗胰腺炎的现有药物甲磺酸卡莫司他特可以抑制TMPRSS2活性，从而在细胞培养实验中阻断SARS-CoV-2感染。”
Hoffmann补充说:“我们目前正在探索甲磺酸卡莫司他和相关药物在代表人类呼吸道的培养系统中的抗病毒作用，我们正在收集药物所需剂量和寿命的数据。最后，我们计划在实验感染了SARS-CoV-2的非人灵长类动物身上对最有前途的药物进行疗效测试。”
使用细胞培养的研究也为COVID-19感染的症状提供了见解。为了了解为什么covid -19阳性患者遭受持续咳嗽和其他呼吸系统影响，Jia和同事分析了原代人气道上皮细胞培养物中ACE2受体的表达发现这些气道细胞中受体的高表达，以及ACE2表达与易感性之间的相关性SARS-CoV-2感染。研究人员还发现了ACE2在人类神经元上的高表达嗅觉神经元细胞，可能解释了一些病人嗅觉丧失的原因。近期，ACE2阳性细胞比例较高发现与肺部相比，在消化道中存在的受体在胃癌细胞中的表达更高，这可能解释了腹泻症状。
无数与COVID-19相关的症状促使人们对细胞向性的研究SARS-CoV-2．例如，Chu和同事系统地调查复制速率和细胞损伤的原因SARS-CoV-2在不同物种(人类、非人灵长类动物、猫、兔子和猪)的细胞和器官中。他们的研究揭示了细胞的范围SARS-CoV-2能够有效感染，生成生理相关的动物模型，用于疾病研究。
为了更好地制定政策来管理病毒的传播SARS-CoV-2，科学家们还利用细胞培养来了解病毒进入人体的可能途径。例如，Xu和他的同事利用了一种散装RNA测序技术发现ACE2在口腔黏膜高度表达，尤其是患者舌源组织上皮细胞。这一发现表明口腔是一个易受感染的途径SARS-CoV-2入口，除了肺。
细胞培养用于药物筛选
细胞培养是高通量药物筛选的宝贵工具，以确定能够抑制进入和复制的治疗方法SARS-CoV-2．Touret和他的同事筛选1520种美国食品和药物管理局(FDA)批准的药物在体外利用VeroE6和Caco-2永生细胞系获得抗病毒特性。从这项研究中，他们确定了90种跨越不同药物类别的化合物，如抗生素和质子泵抑制剂，这些化合物可能与治疗相关。类似地，Ianevski和同事利用VeroE6细胞系和发现口服病毒靶向奈非那韦和宿主靶向阿莫地喹的联合治疗对抗SARS-CoV-2包括136种广谱抗病毒产品。
最近，Daniloski和同事也执行对人类基因组中的基因进行敲除筛选，以确定哪些基因是人类肺泡上皮细胞系感染SARS-CoV-2所需的。他们发现最重要的基因包括那些编码液泡atp酶质子泵和Arp2/3复合物的基因，他们还使用RNA干扰敲除和小分子抑制剂进行了验证。
更进一步，两者都使用在体外细胞培养和计算分析方法。都铎式电脑和他的团队筛选近4000种批准的药物，并确定了与羟氯喹结构相似的药物。在他们的研究中，他们发现zuclopenthixol和nebivolol以低浓度阻断COVID-19感染，副作用最小，并提出可以进一步测试这些药物的治疗价值。
”对我们的工作至关重要的不仅仅是计算机引导的工作，还有对这些药物的双重(独立)实验确认在体外．首先在新墨西哥大学健康科学中心(Steven Bradfute实验室)进行的实验后来在田纳西大学健康科学中心(Colleen Jonsson实验室)得到证实，”Oprea说。
“鉴于有记录的再感染病例，疫苗可能对SARS-CoV-2无效，因此我们需要继续寻求有效的治疗方法。联合具有协同作用的药物可能是前进的最佳途径。这背后的想法是降低每种药物的剂量，这样更安全，更容易获得，因为有些药物短缺。与此同时，这种方法对病毒进行了双管齐下的攻击，当接受单一治疗时，病毒容易产生耐药性，”Oprea补充道。
产生病毒颗粒的细胞培养
研究SARS-CoV-2传播和感染，例如测试不同的口罩材料如何阻止SARS-CoV-2的传播，有必要获得病毒样本。由于其较低的维护成本和快速的细胞分裂，永生细胞系已被用作制造病毒颗粒的工厂。这有助于高通量生产用于检测的病毒，并在获取患者样本以提取病毒具有挑战性时极大地加强了科学研究。Kaye和同事显示病毒复制严重急性呼吸综合征相关冠状病毒(SARS-CoV)在不同细胞系中有效发生。病毒可以在没有特异性细胞病变作用的情况下以高滴度分离。类似的技术也可以应用于SARS-CoV-2因为它属于同一个病毒家族。
结论
细胞培养促进了生物学研究SARS-CoV-2感染和已被用于药物筛选，他们也有用作为一种手段，生产病毒颗粒和治疗。细胞培养一直是生物学研究的宝贵工具，并将成为持续抗击COVID-19的关键贡献者。
