COVID-19住院在全球再次上升。卫生官员称许多原因的事件,包括疫苗的供应和需求在高原,新病毒变体的出现,和缺乏有效的治疗疾病。流行病学家预测SARS-CoV-2病毒将成为流行,就像流感病毒,所以世界需要一个长期战略来管理它所能导致的疾病。任何可能的策略包括建立安全有效的抗病毒药物,减少COVID-19的严重程度。

病毒是出了名的难以治疗,因为他们隐藏在一个宿主细胞,而对细菌的抗生素可能目标共同的生物过程,病毒不执行这些过程本身,而不是依赖于主机。然而,主机内冠状病毒创建一个潜在的目标可能阻止他们的体内复制的关键:复制细胞器。冠状病毒重组和招募宿主细胞膜形成这些细胞器,它使他们能够繁殖。研究人员发现通过瞄准这些复制细胞器,药物可以阻止冠状病毒复制,减少感染的严重程度。乔治亚州立大学的我的小组现在正在测试这些细胞器是否是一种有效的治疗目标SARS-CoV-2感染。我们评估的影响各种疗法的杀细胞(细胞病变)行为SARS-CoV-2使用bioelectronic化验。

测量病毒活动使用impedance-based bioelectronic化验

Bioelectronic化验测量阻抗使研究人员能够实时监测细胞健康,侵害性。试验采用多井板电极嵌入在底部的每个。每发送一个电信号在其电极,测量的内容多少阻碍,或阻碍,信号。健康和完整的细胞由阻抗水平表示:阻抗增加细胞附着和生长,和瀑布,细胞膜破坏,他们死亡和分离。

Bioelectronic化验不面对live-cell成像技术的局限性。可视化的细胞,研究人员经常使用染料或探针,可以改变生物学或细胞的可行性。这些标签可以削弱信号通路,创建背景噪音,减少了试验的敏感性,或直接扰乱交互测试。Bioelectrodes不需要标签或染料;相反,他们没有扰乱细胞监测细胞的健康。

因为他们不需要额外的试剂或复杂的步骤,bioelectronic化验是简单和服从更高的吞吐量测试运行。容易量化的电信号提供一个清晰的测量细胞的生存能力,使分析简单。 因为这些优点,我们使用bioelectronic试验评估SARS-CoV-2-induced细胞死亡的大小和动力学响应各种治疗候选人。

验证bioelectronic化验

我们首先检查SARS-CoV-2在健康细胞的影响。我们培养健康的维罗E6细胞bioelectronic试验板,然后添加SARS-CoV-2病毒在不同浓度。病毒的细胞死亡,阻抗下降,感染后接近最低32至72小时。SARS-CoV-2浓度最高杀死了维洛细胞更快,展示的效用试验监测的细胞病变效应SARS-CoV-2经过一段日子。

我们还研究了我们的试验是否可以检测一个已知SARS-CoV-2抑制剂,remdesivir,减少细胞死亡,以应对感染。我们的分析显示,药物抑制细胞死亡在类似的浓度来确定使用斑块化验。

验证试验,然后测试新型药物的候选人的能力减少菜SARS-CoV-2对健康细胞的影响。

图1:(A)我们模拟与SARS-CoV-2维罗E6细胞感染或感染10倍稀释从10 - 0.0001(病毒颗粒:细胞)和测量电阻为72小时的每一分钟。实线表示意思和虚线表示三个复制的标准误差。(B)我们计算中位数time-to-death基于原始阻力数据为每个病毒浓度。(C)我们在6倍稀释滴定remdesivirµM从50 - 0.006。我们被感染细胞的浓度为0.01:1和监控阻力48小时。(D)我们测量的抑制百分比remdesivir在不同浓度(实心圆圈)基于48小时时间点的数据。信贷:威廉姆斯et al ., 2021年,细胞的报道36岁,109479年。

对SARS-CoV-2测试新颖的化合物

因为SARS-CoV-2新兵宿主细胞膜形成复制细胞器,我们测试了化合物这一目标过程中细胞膜生物学和脂肪酸的新陈代谢。我们测试的第一个化合物是VPS34的抑制剂,激酶,被发现参与其他病毒的复制,包括丙型肝炎和tombusvirus。

我们应用两个VPS34抑制剂,VPS34-IN1 PIK-III,十点的井板不同浓度,测量阻抗为72小时的每一分钟。在两个最高浓度的化合物都是有毒的,导致细胞死亡前20小时内迅速。在较低的浓度,然而,这两种化合物抑制病毒的细胞毒性效应剂量依赖性的方式。

测试脂肪酸代谢抑制剂,奥利司他和triacsin C,使用相同的检测表明,这些化合物也阻止了病毒诱导细胞死亡。我们没有观察到毒性作用在较高的浓度观察VPS34抑制剂。

总的来说,这些结果指向新目标对SARS-CoV-2病毒治疗发展的机制。

其他用途bioelectronic化验

虽然这些实验探索潜在的新抗病毒SARS-CoV-2目标,重要的是要注意,这些bioelectronic化验自己借给其它几种常见病毒学的应用程序。例如,bioelectronic化验可以用于病毒滴度,屏幕病毒变异的适应性,检测中和抗体的存在和有效性。

Bioelectronic化验扩展我们能够快速研究细胞之间的相互作用,病毒,和实时治疗几天,在一个板,无标签或标签的干涉。在未来,我们希望我们的发现将导致更有效的疗法COVID-19和类似疾病减少它们对世界的影响和帮助我们恢复正常。