生物电检测确定了COVID-19潜在的治疗靶点
全球新冠肺炎住院人数再次上升。卫生官员指出，造成这一转变的原因有很多，包括疫苗供应和需求停滞不前，出现了新的病毒变异，以及缺乏有效的治疗方法。流行病学家预测，SARS-CoV-2病毒将像流感病毒一样成为地方病，因此世界需要一个长期战略来管理它引起的疾病。任何战略都可能包括开发安全有效的抗病毒药物，以减轻COVID-19的严重程度。
众所周知，病毒很难治疗，因为它们隐藏在宿主细胞内，虽然针对细菌的抗生素可能针对常见的生物过程，但病毒本身并不执行这些过程，而是依赖于宿主。然而，在宿主体内，冠状病毒会产生一个潜在的目标，这可能是阻止它们在体内复制的关键:复制细胞器。冠状病毒重组并吸收宿主细胞膜形成这些细胞器，使它们能够繁殖。研究人员发现通过靶向这些复制细胞器，一种药物可以阻止冠状病毒的复制，降低感染的严重程度。我在佐治亚州立大学的团队现在正在测试这些细胞器是否是SARS-CoV-2感染的有效治疗靶点。我们评估效果利用生物电子实验研究了各种治疗方法对SARS-CoV-2细胞杀伤(细胞病变)行为的影响。
使用基于阻抗的生物电子测定方法测量病毒活性
测量电阻抗的生物电子分析使研究人员能够实时、非侵入性地监测细胞健康。该试验采用了一个多孔板，电极嵌入在每个孔的底部。每口井通过电极发送一个电信号，测量井中物质对信号的阻碍程度。细胞的健康和完整性由阻抗水平表示:阻抗随着细胞附着和生长而上升，随着细胞膜不稳定、死亡和分离而下降。
生物电子分析不面临与活细胞成像技术相同的限制。为了使细胞可视化，研究人员经常使用可以改变细胞生物学或活力的染料或探针。这些标签会损害信号通路，产生降低检测灵敏度的背景噪声，或直接破坏所测试的相互作用。生物电极不需要标签或染料;相反，它们在不干扰细胞的情况下监测细胞健康。
由于不需要额外的试剂或复杂的步骤，生物电子分析易于运行，适合于更高的通量测试。易于量化的电信号提供了细胞活力的清晰测量，使分析直截了当。 由于这些优势，我们使用生物电子分析来评估sars - cov -2诱导的细胞死亡对各种候选治疗方案的响应程度和动力学。
验证生物电子分析
我们首先研究了SARS-CoV-2对健康细胞的影响。我们在生物电子检测板上培养健康的Vero E6细胞，然后添加不同浓度的SARS-CoV-2病毒。当病毒杀死细胞时，阻抗下降，在感染后32至72小时达到最小值。最高浓度的SARS-CoV-2杀死Vero细胞的速度更快，这证明了该方法在几天内监测SARS-CoV-2的细胞病变效应方面的实用性。
我们还检查了我们的试验是否可以检测到已知的SARS-CoV-2抑制剂瑞德西韦，以减少感染时的细胞死亡。我们的试验表明，药物抑制细胞死亡的浓度与使用斑块试验确定的浓度相似。
通过这一经过验证的试验，我们随后在培养皿中测试了新型候选药物减少SARS-CoV-2对健康细胞影响的能力。
图1:(A)我们用SARS-CoV-2模拟感染或感染的Vero E6细胞，稀释10倍，范围从10-0.0001(病毒颗粒:细胞)，每分钟测量一次耐药性，持续72小时。实线表示平均值，虚线表示三次重复的标准误差。(B)我们根据每种病毒浓度的原始抗性数据计算了中位数死亡时间。(C)我们将瑞德西韦在50-0.006 μ M的6倍稀释液中滴定。我们以0.01:1的浓度感染我们的细胞，并监测耐药性48小时。(D)根据48小时时间点的数据，我们测量了不同浓度的瑞德西韦的抑制率(实心圈)。来源:Williams et al.， 2021，细胞的报道36岁,109479年。
测试对抗SARS-CoV-2的新型化合物
由于SARS-CoV-2招募宿主细胞膜形成复制细胞器，我们测试了针对细胞膜生物学和脂肪酸代谢过程的化合物。我们测试的第一个化合物是VPS34的抑制剂，VPS34是一种激酶，被发现参与了其他病毒的复制，包括丙型肝炎病毒和tombus病毒。
我们将两种VPS34抑制剂VPS34- in1和PIK-III以10种不同浓度应用于我们的平板孔，并在72小时内每分钟测量一次阻抗。在两种最高浓度时，这两种化合物都是有毒的，在前20小时内导致细胞迅速死亡。然而，在较低的浓度下，这两种化合物都以剂量依赖的方式抑制病毒的细胞毒性作用。
用同样的方法测试脂肪酸代谢抑制剂奥利司他和曲霉素C，发现这些化合物也能防止病毒诱导的细胞死亡。我们没有观察到较高浓度下的毒性作用，如VPS34抑制剂所观察到的那样。
总的来说，这些结果为针对SARS-CoV-2病毒的治疗开发指明了新的靶点机制。
生物电子分析的其他用途
虽然这些实验探索了针对SARS-CoV-2的潜在新抗病毒靶点，但值得注意的是，这些生物电子分析也适用于其他几种常见的病毒学应用。例如，生物电子分析可用于病毒滴度，筛选病毒变异的适应性，并检测中和抗体的存在和有效性。
生物电子分析扩展了我们在一个平板上快速研究细胞、病毒和治疗方法之间相互作用的能力，而不受标签或标签的干扰。在未来，我们希望我们的发现能够为COVID-19和类似疾病带来更有效的治疗方法，以减少它们对世界的影响，帮助我们恢复正常。
