Modelul de organoid cerebral aduce lumina asupra persistenței virusului Ebola
După infecție, virusul Ebola poate supraviețui neobservat în corpul uman timp de luni sau chiar ani, ascunzându-se în zone cu supraveghere imunitară scăzută, cum ar fi sistemul nervos central.
Acest lucru prezintă pericolul declanșării unei recidive a bolii Ebola sau chiar a unui nou focar. Utilizând un model de organoid cerebral, cercetătorii de la Icahn School of Medicine de la Mount Sinai și Institutul Bernhard Nocht pentru Medicină Tropicală (BNITM), împreună cu alți colaboratori, au obținut informații valoroase despre mecanismele de persistență ale virusului Ebola. Rezultatele au fost publicate recent în revista Nature Microbiology.
Virusul Ebola este un filovirus care cauzează boala Ebola, o infecție severă și adesea fatală. Chiar dacă persoanele afectate supraviețuiesc fazei acute a bolii, virusul poate rămâne în organism. Virusul infecțios Ebola a fost detectat în spermă timp de luni sau chiar un an după infecție. De asemenea, virusul poate persista în alte organe privilegiate imunitar, cum ar fi sistemul nervos central, în special în creier. Aceste zone se caracterizează printr-o reacție imunitară slăbită și controlată pentru a proteja țesutul sensibil. Ca urmare, virusul nu poate fi întotdeauna eliminat complet. Prezența persistentă a virusului crește riscul de inflamație și recidivă în rândul pacienților individuali și, deși rar, poate duce la retransmiterea către alții.
Puține informații sunt disponibile despre mecanismele care permit virusului Ebola să supraviețuiască pe termen lung în gazdă. Persistă virusul în țesuturi sau în celule individuale? Își modifică genomul pentru a evita detectarea de către sistemul nostru imunitar? Din cauza complexității cercetărilor asupra sistemului nervos central uman, sunt necesare sisteme de modelare adecvate pentru a răspunde acestor întrebări științifice. În acest scop, echipa de cercetare a utilizat cu succes un model de organoid cerebral stabilit pentru a efectua studii de infecție pe termen lung. Aceste organoide au fost create prin stimularea celulelor stem pluripotente induse umane pentru a se dezvolta în structuri sferice asemănătoare creierului, compuse din diverse tipuri de celule ale sistemului nervos central.
„Aceste organoide cerebrale ne permit să investigăm în detaliu mecanismele prin care virusul Ebola și alte filoviruri persistă în sistemul nervos central uman. Prin experimente în acest sistem de modelare, putem obține informații care ne ajută să îmbunătățim înțelegerea efectelor pe termen lung ale persistenței, cum ar fi inflamația severă și uneori fatală observată la supraviețuitorii bolii Ebola cu meningoencefalită”, explică Lina Widerspick. O parte din experimente a fost realizată în timpul unei vizite de cercetare la Integrated Research Facility-Frederick a National Institutes of Health din Statele Unite. Acum, ea activează la Institutul Federal de Microbiologie din München, Germania.
În plus, organoidele oferă oportunitatea unică de a studia acest fenomen într-un context uman, mai degrabă decât într-un model animal. Acest lucru poate ajuta la reevaluarea și optimizarea tratamentelor, cum ar fi antiviralele, și deschide noi căi pentru a reduce utilizarea modelelor animale în cercetarea bolilor infecțioase.
Cercetătorii au demonstrat că virusul Ebola și alte filoviruri, cum ar fi virusul Sudan, Reston și Marburg, pot să se replice în organoide cerebrale timp de până la 120 de zile. De asemenea, au descoperit că virusul Ebola infectează diverse tipuri de celule din organoidele cerebrale – neuroni, precum și astrocite. Microglia, celulele imune ale creierului, au fost de asemenea atrase la locul infecției și infectate de virus. Virusul Ebola a reușit să se răspândească în organoidele cerebrale în două moduri: direct de la o celulă infectată la o celulă vecină și prin desprindere din celula gazdă, care este metoda clasică de răspândire a virusului. Astfel, aceasta reprezintă o „persistență productivă”, ceea ce înseamnă că virusul Ebola nu este prezent într-o stare inactivă în celule, ci rămâne infecțios.
Organoidele cerebrale au produs citokine pro-inflamatorii, dar răspunsul imunitar nu a reușit să elimine cu succes virusul în timpul infecției persistente. „Am observat răspunsuri imune și inflamatorii crescute în etapele tardive ale culturii organoidelor cerebrale. Prin urmare, concluzionăm că o infecție persistentă cu virusul Ebola în țesuturi privilegiate imunitar poate duce la inflamație locală. Această observație este consistentă cu faptul că unii supraviețuitori ai bolii Ebola dezvoltă inflamații ale ochiului, meningelor sau creierului la câteva luni după infecția cu virusul Ebola”, afirmă César Muñoz-Fontela.
Genomurile virale defecte sunt considerate un mecanism bine cunoscut utilizat de multe virusuri pentru a-și suprima replicarea. Acest lucru le permite virusurilor să supraviețuiască în organism într-o formă atenuată, dar de lungă durată. De asemenea, se știe că genomurile virusului Ebola se mută atunci când se replică pe termen lung, deoarece mașinile lor genetice nu pot verifica genomurile așa cum ar face mașinile umane. Echipa de cercetare a identificat acum genomuri și particule virale defecte, precum și mutații în genomurile virusului Ebola în organoidele cerebrale infectate persistent în stadiu tardiv.
„Multe dintre aceste mutații au fost propuse pentru a reduce sau preveni replicarea virală în infecții naturale. Deoarece virusul Ebola se comportă similar în acest sistem de modelare cu modul în care se comportă în infecțiile umane, acest lucru subliniază adecvarea organoidelor noastre cerebrale pentru investigarea persistenței filovirusurilor”, explică Gustavo Palacios. Cercetătorii au identificat, de asemenea, mutații care nu au fost descrise anterior la supraviețuitorii bolii Ebola. Investigații suplimentare sunt acum necesare pentru a determina dacă aceste mutații sunt legate causal de persistența filovirusurilor.
„Cercetarea noastră în organoide cerebrale umane evidențiază potențialul acestui sistem de modelare pentru a investiga infecțiile persistente în țesuturi privilegiate imunitar”, a declarat Dr. Palacios. „Studii suplimentare sunt acum importante pentru a investiga interacțiunile pe termen lung între virus și gazdă, extinzând cercetările noastre către filovirusuri mai puțin studiate, cum ar fi virusurile Reston, Taï Forest, Bombali și Bundibugyo, și pentru a aprofunda înțelegerea mecanismelor de persistență a filovirusurilor.”
