3D-Zellkulturmodelle für Influenzaviren

Traditionell wurden zellbasierte Studien für Atemwegsviren an 2D-Monoschicht-Zellkulturen durchgeführt. In-vivo-Studien stützten sich stark auf Tiermodelle. Beiden Modelltypen gelang es jedoch nicht, die In-vivo-Physiologie und Pathophysiologie von Zellen als Reaktion auf eine Virusinfektion genau nachzubilden. Folglich wurden 3D-Zellkulturmodelle entwickelt, um den menschlichen In-vivo-Zustand von Geweben und der extrazellulären Umgebung genau darzustellen und die virale Gewebereaktion, Kinetik und Wirt-Virus-Interaktionen nachzuahmen (1).

Influenzaviren

Influenza ist ein sich ständig weiterentwickelndes Virus, das in der Lage ist, ein breites Spektrum von Vogel- und Schweinewirten sowie artübergreifende Infektionen zu infizieren und letztendlich auch Menschen zu infizieren. Frühere Ausbrüche der Vogel- und Schweinegrippe sowie die hohen Sterblichkeitsraten sind Paradebeispiele für ihre schwerwiegenden Auswirkungen auf die globale Gesundheit. Trotz der Herausforderungen bei der Erstellung eines geeigneten In-vitro-Studienmodells haben 3D-Zellkulturmethoden mehrere vielversprechende Plattformen für die Influenzaforschung bereitgestellt (2,3).

3D-Kultursysteme für Influenzaviren

3D-Aggregate von Atemwegszellen haben sich im Vergleich zu herkömmlichen 2D-Monoschichtkulturen und anderen Modellen wie Bronchiexplantatkulturen als zuverlässiges Modell erwiesen. Atemwegsorganoide gelten als brauchbare Plattform für Grippestudien. Atemwegsorganoide werden aus menschlichen Lungenstammzellen entwickelt, die anschließend in Becherzellen differenziert werden, und Epithelzellen, die mit aktiven Zilliarstrukturen ausgestattet sind. Beide Modelle zeigten ähnliche Virustiter und Viruskinetiken und waren repräsentativ für eine Virusinfektion in vivo, wobei eine erhöhte Entzündungsreaktion mit erhöhter Pathogenität des Stamms beobachtet wurde (4). Andere Modelle umfassen adulte Stammzellen (ASC)-Organoide, die in Flimmer-, Becher-, Basal- und Keulenzellen differenziert sind und bei einer Infektion mit dem Virus die Ausbreitung der für den Menschen infektiösen Stämme in einem ähnlichen Zeitraum wie in vivo beschleunigten (5). .

3D-Modelle von epithelialen Vorläuferzellen der Maus werden auch verwendet, um durch das Virus verursachte Lungenschäden und eingeschränkte Gewebereparaturen sowie mögliche Therapeutika zu untersuchen, die zur Umkehrung der beobachteten Nebenwirkungen eingesetzt werden können (6). Darüber hinaus erwiesen sich 3D-Kulturen primärer humaner Epithelzellen der kleinen Atemwege (HSAEpCs), die auf einer Luft-Flüssigkeits-Grenzflächenmatrix (ALI) kultiviert wurden, als physiologisch relevantes Modell im Vergleich zu den herkömmlichen 2D-Monoschichten (7). Diese Modelle bestätigen daher die Verwendung von 3D-Modellen als zuverlässige Plattform zur Untersuchung der Pathogenität von Influenzaviren, zur Identifizierung potenzieller Angriffspunkte für Therapeutika und zur Vorhersage des Potenzials von Influenzastämmen zur Kreuzung zwischen Arten, die letztendlich einen Ausbruch mit Auswirkungen auf die Weltbevölkerung verursachen können.

Bibliographie

1. Harb, A.; Fachreddine, M.; Zaraket, H.; Saleh, FA Dreidimensionale Zellkulturmodelle zur Untersuchung von Atemwegsvirusinfektionen, einschließlich COVID-19. Bionik 2022,7,3.

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3. Neumann, G.; Noda, T.; Kawaoka, Y. Entstehung und Pandemiepotenzial des vom Schwein stammenden H1N1-Influenzavirus. Nat. Zellbiol. 2009, 459, 931–939.

4. Hui, KPY; Ching, RHH; Chan, SKH; Nicholls, JM; Sachs, N.; Clevers, H.; Peiris, JSM; Chan, MCW Tropismus, Replikationskompetenz und angeborene Immunantworten des Influenzavirus: Eine Analyse menschlicher Atemwegsorganoide und Ex-vivo-Bronchuskulturen. Lanzettenatmung. Med. 2018, 6, 846–854.

5. Zhou, J.; Li, C.; Sachs, N.; Chiu, MC; Wong, BH-Y.; Chu, H.; Poon, VK-M.; Wang, D.; Zhao, X.; Wen, L.; et al. Differenzierte menschliche Atemwegsorganoide zur Beurteilung der Infektiosität neu auftretender Influenzaviren. Proz. Natl. Acad. Wissenschaft. USA 2018, 115, 6822–6827.

6. Quantius, J.; Schmoldt, C.; Vazquez-Armendariz, AI; Becker, C.; El Agha, E.; Wilhelm, J.; Morty, RE; Vadász, I.; Mayer, K.; Gattenlöhner, S.; et al. Influenzavirus infiziert epitheliale Stamm-/Vorläuferzellen der distalen Lunge: Auswirkungen auf die Fgfr2b-gesteuerte Epithelreparatur. PLoS Pathog. 2016, 12, e1005544.

7. Bhowmick, R.; Derakhshan, T.; Liang, Y.; Ritchey, J.; Liu, L.; Gappa-Fahlenkamp, ​​H. Ein dreidimensionales menschliches, aus Gewebe hergestelltes Lungenmodell zur Untersuchung von Influenza-A-Infektionen. Gewebe-Ing. Teil A 2018, 24, 1468–1480.

8. Ibekwe, Titus & Kwaghe, Vivian & Habib, Zaiyad & Ibekwe, Perpetua. (2021). Die Rolle antiviraler Medikamente bei der Fallbehandlung von Respiratory Syncytial Virus, Influenza und COVID-19.