3D打印“迷你大脑” 解密寨卡病毒

寨卡,一种通过蚊虫进行传播,症状与登革热相似的病毒,目前已经在美洲、非洲及亚洲等32个国家和地区大规模传播。

去年春天,巴西确诊第一例寨卡病毒感染,之后病毒开始在南美洲快速蔓延暴发,自此,寨卡病毒再次进入人类视野。尽管目前尚未发现寨卡病毒对一般成人有致命危害,但是孕妇一旦感染,部分新生儿将会在出生20小时内死于小头畸形。

目前世界上仍未研发出能够有效对抗寨卡病毒的疫苗,这是最让研究人员感到担心的事情,因此今年2月1日世界卫生组织将寨卡病毒列为国际医疗紧急事件之一。到目前为止,感染最严重的巴西感染人数约为150万人,其中已有3500例新生儿小头症病例,而一些新生儿因为小头畸形问题严重而死亡。

但是最近,寨卡病毒的研究有了突破性的进展。4月22日,在美国工作的多名华人科学家在新一期美国《细胞》杂志上宣布,他们借助3D打印“造屋”技术,培育出了一种低价的“迷你大脑”,可用于研究寨卡病毒如何引起新生儿小头症和其他出生缺陷。

虽然“迷你大脑”已问世多年,但由于此前的培养容器有可乐罐那么大,因此价格特别昂贵,很多实验室都没有能力去做。而此次华人团队利用3D打印机制造出只有手指头那么大的培养容器,可大批量培养出绿豆大小的“迷你大脑”,成本大幅降低。

这项发现由美国约翰斯·霍普金斯大学的一对中国夫妇共同发现——宋洪军与明国莉两位教授。他们发现寨卡病毒会感染婴儿大脑皮质层的特殊的干细胞,通过3D打印的迷你大脑,他们能够准确地看见怀孕的不同阶段的感染状况。

根据文章,这个“迷你大脑”是用人体多能干细胞制成的,与发育中的胎儿大脑很相似,其中包含干细胞、新产生的神经元,还有类似大脑皮层的分层结构。现在,这种“迷你大脑”可以长到20多周,能用于模拟研究在怀孕早期及中期寨卡病毒对胎儿的影响。

“如果感染发生在非常早期,病毒一般会感染迷你大脑的神经祖细胞并且感染会非常严重。一段时间之后,迷你大脑将会停止生长,(现实情境下)此时孕妇就会出现流产。”明国莉说,“但是如果感染发生在怀孕三个月到六个月情况会好一些,寨卡病毒仍倾向于感染神经祖细胞,但是同时也会感染其他神经细胞,结果‘迷你大脑’的尺寸可能会更小一些,相当于小头症。”

这些结果与现实中病毒感染孕妇的情况非常接近,这证明了孕期越早感染,就越严重。

尽管这项研究并不能治愈寨卡,但是这对寨卡病毒的研究有非常重大的意义。

“寨卡病毒最早是1947年在乌干达的一种猕猴中发现的,其3D结构模型早在2009年,与HIV、埃博拉一起就被科学家研究出来。寨卡病毒直径约50纳米,大约是HIV病毒的两个半大小。病毒包括E、M、C三种不同类型的蛋白质。”美国佐治亚理工大学神经生物学博士仲薇薇对《第一财经日报》记者表示。

据了解,在寨卡病毒的3D模型中,E和M表层蛋白形成的球形外壳会帮助病毒在感染的时候进入受体细胞。而寨卡病毒的基因组是由连接着衣壳蛋白的单链RNA组成的,一旦进入宿主细胞,RNA就能够稳定地进行与蛋白质的合成。不同于E、M、C三种结构蛋白,寨卡病毒的RNA能够编码7种并未在病毒结构中出现的7种其他蛋白。这些非结构蛋白控制着病毒的复制,抑制免疫反应。

在人体内,寨卡病毒颗粒首先侵染树状细胞然后通过血液流动进入其他组织器官。但可惜的是,由于目前有关寨卡病毒结构的信息非常有限,因此目前寨卡的3D模型是基于相关黄热病毒、西尼罗河病毒、登革热病毒的结构而建成。

“VisualScience科学建模部的计算机生物学家使用结构生物信息学的方法预测了寨卡蛋白的可能结构,事实上,这些方法不仅仅在基础科研领域广泛应用,并且也应用在药物研发、分子相互作用研究方面。”仲薇薇说。

 

文章来源:互联网采集

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