Virginia Tech zbada, dlaczego jedne zakażone komórki przeżywają, a inne umierają

James Weger-Lucarelli z Virginia Tech otrzymał pięcioletni grant o wartości 2,01 mln dolarów na badania nad tym, co dzieje się z komórką po zakażeniu wirusem – w jakich warunkach przeżywa, kiedy uruchamia mechanizmy prowadzące do własnej śmierci i jakie sygnały przekazuje sąsiednim komórkom. Finansowany przez National Institute of General Medical Sciences program badawczy ma obejmować m.in. trójwymiarowe modele tkankowe i jest powiązany z pracami nad wirusami onkolitycznymi jako potencjalnym narzędziem leczenia glejaka wielopostaciowego.

Pięcioletni grant na program badań nad zakażonymi komórkami

James Weger-Lucarelli, associate professor w Department of Biomedical Sciences and Pathobiology w Virginia-Maryland College of Veterinary Medicine, otrzymał w lipcu pięcioletnie finansowanie w wysokości 2,01 mln dolarów od National Institute of General Medical Sciences. Badania mają dotyczyć mechanizmów decydujących o przeżyciu i śmierci komórek zakażonych wirusami oraz sygnałów, które obumierające komórki przekazują swojemu otoczeniu.

Grant przyznano w ramach mechanizmu R35 MIRA. W przeciwieństwie do finansowania skoncentrowanego na jednej ściśle zdefiniowanej hipotezie R35 MIRA wspiera szerszy program badawczy danego naukowca. Według Weger-Lucarellego daje to większą swobodę w podejmowaniu kierunków wynikających z nieoczekiwanych obserwacji pojawiających się podczas eksperymentów.

Badacz porównał tę formę finansowania z grantem R01, w którym plan prac jest bardziej szczegółowo określony. Jak wyjaśnił, R35 ma charakter bardziej koncepcyjny i pozostawia większą przestrzeń dla badań eksploracyjnych.

Śmierć komórki jako element odpowiedzi na zakażenie wirusowe

Jednym z podstawowych problemów, który ma być analizowany w ramach programu, jest zależność między zakażeniem wirusowym a mechanizmami prowadzącymi do śmierci komórki. Po zakażeniu komórka może uruchomić procesy powodujące jej własne wyłączenie, ograniczając w ten sposób możliwość dalszej replikacji wirusa i jego uwalniania do otoczenia.

Jednocześnie wirusy wykształciły mechanizmy pozwalające zakłócać te procesy. W uproszczonym opisie przedstawionym przez Weger-Lucarellego jest to ciągła biologiczna rywalizacja: komórka próbuje zahamować wirusa, natomiast wirus stara się zahamować mechanizmy obronne gospodarza.

Znaczenie ma również to, co następuje po śmierci zakażonej komórki. Może ona uwalniać sygnały chemiczne oddziałujące na komórki znajdujące się w jej sąsiedztwie. Taki sygnał może mobilizować odpowiedź immunologiczną, ale – jak opisano w materiale Virginia Tech – wirus może również wpływać na te procesy w sposób sprzyjający dalszemu szerzeniu się zakażenia.

Dlaczego modele trójwymiarowe mogą zmieniać obraz zakażenia?

Istotnym elementem planowanych badań jest odejście od analiz prowadzonych wyłącznie w płaskich hodowlach komórkowych i szersze wykorzystanie trójwymiarowych modeli tkankowych. Pozwalają one różnym typom komórek oddziaływać ze sobą w układzie bardziej złożonym niż klasyczna hodowla dwuwymiarowa.

Inny przebieg zakażenia w modelu 2D i 3D

Według informacji przedstawionych przez Virginia Tech laboratorium Weger-Lucarellego zaobserwowało wyraźną różnicę pomiędzy tymi modelami. W standardowej hodowli 2D wirusy zabijają badane komórki w ciągu dwóch dni. W modelach 3D te same komórki, w takich samych warunkach, mogą przeżywać tydzień lub dłużej.

Weger-Lucarelli zwrócił uwagę, że prowadzenie eksperymentu wyłącznie w układzie dwuwymiarowym mogłoby sprawić, że taka różnica pozostałaby niezauważona. To właśnie podobne rozbieżności mają być jednym z powodów dalszego rozwijania bardziej złożonych modeli badawczych.

Wirusy onkolityczne i badania nad glejakiem wielopostaciowym

Program łączy się również z trwającą współpracą Weger-Lucarellego z Samym Lamouille’em z Fralin Biomedical Research Institute at VTC. Badacze zajmują się wirusami onkolitycznymi – wirusami modyfikowanymi w taki sposób, aby wyszukiwały i niszczyły komórki nowotworowe – jako potencjalnym podejściem terapeutycznym w glejaku wielopostaciowym.

W materiale prasowym opisano m.in. trójwymiarowy model komórki nowotworu mózgu zakażonej wirusem mającym doprowadzić do jej zniszczenia. Tego rodzaju układy mają umożliwiać obserwowanie przebiegu śmierci komórkowej w bardziej złożonym środowisku niż klasyczna hodowla laboratoryjna.

Virginia Tech wskazuje również na znaczenie zaplecza weterynaryjnego uczelni. Psy należą do nielicznych zwierząt, u których glejak wielopostaciowy rozwija się naturalnie. Według Weger-Lucarellego daje to zespołowi możliwość rozwijania ścieżki badań klinicznych, do której dostęp poza środowiskiem uczelni weterynaryjnej byłby trudniejszy.

Badacz podkreślił, że nowotwory mózgu występujące naturalnie u psów wykazują podobieństwa do choroby rozwijającej się u ludzi. Materiał prasowy nie przedstawia jednak wyników badań klinicznych nad skutecznością wirusów onkolitycznych ani danych pozwalających oceniać ich skuteczność terapeutyczną.

Pięcioletnie finansowanie i rozwój zespołu badawczego

Weger-Lucarelli prowadzi rekrutację badacza podoktorskiego i deklaruje, że zamierza osobiście pracować przy stanowisku laboratoryjnym razem z nowym członkiem zespołu. Wieloletni charakter finansowania ma również znaczenie organizacyjne – pozwala na rekrutowanie oraz utrzymywanie doktorantów i badaczy podoktorskich bez niepewności związanej z krótkimi, corocznymi cyklami finansowania.

Jak zaznaczył Weger-Lucarelli, wyniki eksperymentów często prowadzą do obserwacji, których wcześniej nikt nie uzyskał, nawet jeśli nie każda z nich oznacza duże odkrycie. Finansowanie całego programu ma umożliwić zespołowi podążanie za takimi rezultatami i rozwijanie nowych pytań badawczych.

Jakie są dalsze perspektywy programu?

Projekt ma przede wszystkim pogłębić wiedzę o tym, w jaki sposób wirusy wpływają na decyzje komórki dotyczące przeżycia lub śmierci oraz jak konsekwencje tych procesów oddziałują na otaczające komórki. Szczególne znaczenie ma porównanie zachowania zakażonych komórek w tradycyjnych hodowlach 2D i bardziej złożonych modelach trójwymiarowych.

Virginia Tech wskazuje, że w dalszej perspektywie wyniki programu mogą pomóc w wyznaczaniu kierunków rozwoju skuteczniejszych leków przeciwwirusowych oraz terapii przeciwnowotworowych wykorzystujących wirusy. Jest to jednak zapowiedź potencjalnego znaczenia przyszłych wyników, a nie informacja o gotowej terapii lub wykazanej skuteczności nowej metody leczenia.