Een antiviraal medicijn dat de replicatiemachinerie van een virus remt, richt zich selectief op de meest agressieve virussen, volgens nieuw onderzoek dat keek naar de infectie van individuele cellen door een virus en het gevolg van antivirale interventie. Dit nieuwe inzicht in de dynamiek van een infectie en het mechanisme van een antiviraal medicijn kon niet worden gezien door de typische benadering van het bestuderen van celpopulaties. Onderzoekers van Penn State, Duke universiteit, en de Universiteit van Texas in Austin hebben een systeem met hoge doorvoer ontwikkeld om grote aantallen enkelvoudige, geïnfecteerde cellen die het nieuwe inzicht mogelijk maakten. Een paper waarin de resultaten van het onderzoek worden beschreven, verschijnt in het tijdschrift Mobiele rapporten .

"Traditioneel, virussen en antivirale geneesmiddelen worden bestudeerd door een populatie cellen te infecteren met een populatie virussen, " zei Craig Cameron, professor en houder van de Eberly Family Chair in Biochemistry and Molecular Biology aan Penn State en auteur van het artikel. "Zowel de cellen als virussen verschillen enigszins individueel, dus de resultaten die we krijgen zijn gemiddelden over de populatie. Gemiddelden zijn prima als ze alleen geïnteresseerd zijn in de werkzaamheid van een medicijn, maar studies op eencellig niveau kunnen je vertellen of bepaalde leden van de bevolking vatbaarder zijn voor de behandeling en wanneer tijdens de levenscyclus van het virus de behandeling werkt."

Om de dynamiek van een virale infectie op individuele cellen te bestuderen, de onderzoekers gebruikten een aangepaste versie van het poliovirus dat een groen-fluorescerend eiwit produceert. Als een virus zich in een cel vermenigvuldigt, er wordt steeds meer van het groen-fluorescerende eiwit geproduceerd, die de onderzoekers kunnen volgen. Om voldoende individuele cellen te bestuderen om betrouwbaar te worden, statistisch significante resultaten, de onderzoekers bouwden een microfluïdisch apparaat waarmee ze tot 6, 400 cellen tegelijk.

"We behandelden cellen die waren geïnfecteerd met poliovirus met 2'-C-methyladenosine, een virale polymeraseremmer die voorkomt dat het virus zijn genoom repliceert - een noodzakelijke stap voor het virus om meer virussen te produceren, " zei Jamie J. Arnold, een universitair hoofddocent onderzoek aan Penn State en een andere auteur van het artikel. "Dit medicijn heeft de weg vrijgemaakt voor de ontwikkeling van sofosbuvir, een antiviraal middel dat deel uitmaakt van de cocktail van geneesmiddelen die wordt gebruikt om hepatitis C te genezen. Zoals verwacht uit eerdere onderzoeken, het medicijn elimineerde ongeveer 50% van de infecties, maar we waren verrast om te zien dat het medicijn het meest effectief was tegen virussen die het snelst groeiden, iets wat we nooit hadden kunnen zien als we de cellen niet afzonderlijk hadden bekeken."

De onderzoekers volgden ook het tijdsverloop en de dynamiek van virale infecties in individuele cellen. Ze bestudeerden het tijdstip waarop het virus zich begon te vermenigvuldigen, de snelheid van replicatie, en het maximale niveau van virusgroei. Door cellen afzonderlijk te bestuderen, de onderzoekers konden aantonen welke van deze factoren beïnvloed kunnen worden door een kleine variatie tussen de cellen en welke beïnvloed kunnen worden door variatie in de virussen.

"Sommige aspecten van de dynamiek van een infectie lijken meer te worden gecontroleerd door variatie die bestaat tussen individuele cellen, maar andere aspecten zijn te wijten aan genetische variatie binnen de viruspopulatie, "zei Cameron. "Met onze nieuwe tool, we kunnen beginnen met het identificeren van de specifieke factoren die variëren tussen de cellen of tussen de virussen die verantwoordelijk zijn voor de verschillende uitkomsten. Als we deze mechanismen begrijpen, kunnen we slimmer zijn in het ontwerpen van nieuwe antivirale geneesmiddelen."