Эквиваленты человеческой кожи, напечатанные на 3D-принтере, помогают определить потенциальные методы лечения вируса простого герпеса

По оценкам Всемирной организации здравоохранения, вирус простого герпеса (ВПГ) поражает 64% населения мира. Вирус вызывает оральный и генитальный герпес, и хотя он может протекать бессимптомно, он также может вызывать болезненные вспышки и делать инфицированных восприимчивыми к ВИЧ. Особенно для людей с ослабленным иммунитетом вирус может быть изнурительным. Конечно, существуют противовирусные препараты для лечения этого заболевания, наиболее распространенным из которых является ацикловир, но эти методы лечения не являются панацеей. После заражения человека ВПГ перемещается в его нервные клетки, где он может начать размножаться и скрываться от любых противовирусных препаратов или иммунной системы. Через несколько недель иммунная система может устранить первичную инфекцию, но ВПГ останется в тех нервных клетках, которые он изначально заразил, оставаясь в организме на всю жизнь. Теперь благодаря 3D-печати разрабатываются новые методы лечения ВПГ .

Текущие лекарства неэффективны против латентного HSV, и они также требуют постоянных больших доз. Пациенты также могут стать устойчивыми к этим методам лечения, которые часто не контролируют симптомы должным образом. Вот почему доктор Цзя Чжу, доцент в отделении вакцин и инфекционных заболеваний Фреда Хатча, посвятившая свою карьеру изучению HSV, работает над улучшением методов лечения HSV. В статье для онкологического центра Фреда Хатча она поделилась тем, что ключом к созданию лучших методов лечения является понимание того, почему у нас вообще есть наши текущие противовирусные методы лечения.

Тип репликации HSV, на который могут воздействовать противовирусные препараты, в первую очередь происходит в базальном слое эпителиальных клеток, который является самым внутренним слоем эпидермиса. Это объясняет, почему язвы и раны, связанные с герпесом, часто появляются в барьерных эпителиальных тканях, таких как слизистая оболочка полости рта и кожа половых органов.

«Хотя это сложный процесс, которому способствуют многие различные типы клеток, которые совместно структурируют вашу эпидермальную ткань», — сказал доктор Чжу, 
«противовирусные препараты, которые мы используем для лечения HSV сегодня, были разработаны с использованием in vitro культуры клеток Vero и фибробластов».

Клетки Vero получены из почки африканской зеленой мартышки и являются одной из наиболее часто используемых линий клеток млекопитающих в исследованиях клеточной биологии, а фибробласты являются наиболее распространенным типом клеток, представленных в соединительной ткани. Проблема в том, что этот текущий метод разработки лекарств не учитывает ни релевантность in vivo  , ни тканевую среду. « Возможно, неудивительно, что эти противовирусные препараты показывают неоптимальную эффективность при инфекциях HSV у пациентов», —  добавил доктор Чжу.

Итак, ученые-постдокторанты доктор Ян Хейман из лаборатории Чжу и доктор Тори Эллисон из лаборатории Феррера в Национальном центре развития трансляционных наук, являющиеся экспертами в области биопроизводства с использованием технологий 3D-печати , провели исследование, в котором они напечатали на 3D-биопринтере «эквиваленты человеческой кожи». Эти эквиваленты человеческой кожи воссоздают архитектуру человеческой кожи в формате, пригодном для антивирусного скрининга и доклинических испытаний.

Как были изготовлены эквиваленты человеческой кожи?

По данным Центра онкологии Фреда Хатча, лаборатория Чжу напечатала на 3D-принтере эквиваленты человеческой кожи, поместив фибробласты в специально разработанные сосуды для культивирования, добавив кератиноциты поверх этого слоя фибробластов и инкубировав клетки в различных средах. Результат? Небольшие органоиды, очень похожие на человеческую кожу, с дермальной тканью (состоящей в основном из фибробластов) и слоистыми слоями эпидермальной ткани (состоящими в основном из кератиноцитов).

Это не первый раз, когда материал, похожий на кожу, был напечатан на 3D-принтере. В марте 2024 года исследователи из Университета штата Пенсильвания на 3D-принтере напечатали первую полную и живую систему, состоящую из нескольких слоев кожи. До этого другие исследователи успешно печатали на 3D-принтере тонкие слои кожи. Однако кожа лаборатории Чжу была специально разработана для разработки лечения HSV.

В частности, лаборатория разработала два типа этой органоидной системы: один для имитации первоначального заражения HSV, а другой для имитации вспышки HSV из латентных резервуаров. Первоначальная инфекция была смоделирована путем погружения модели в питательную среду с HSV. Моделирование латентной вспышки HSV было выполнено с помощью модели интерфейса воздух-жидкость (ALI), где HSV был добавлен к среде ткани, имитируя его поступление из-под эпидермиса.

Тестирование лекарств с помощью кожи, напечатанной на 3D-принтере

Затем, в немалой степени, лаборатория Чжу проверила 738 соединений на эффективность против экспериментальной инфекции HSV. В состав соединений входили новые лекарства, а также те, которые были одобрены FDA. Чтобы визуализировать эффекты лечения, команда использовала рекомбинантный HSV, который экспрессировал зеленый флуоресцентный белок, и фибробласты с красным флуоресцентным белком. После введения лекарств они могли использовать высококонтентную флуоресцентную микроскопию, чтобы отслеживать их воздействие. Препараты, которые хорошо устраняли зеленый сигнал HSV, были целевыми, а препараты, которые снижали красный сигнал фибробластов, были нецелевыми, влияя на ткань хозяина.

Команда была удивлена ​​своими результатами. Они обнаружили почти 20 противовирусных соединений, которые эффективно подавляли инфекцию HSV с минимальной токсичностью для клеток-хозяев. Кроме того, они обнаружили значительные различия в силе действия новых и существующих противовирусных препаратов HSV, зависящие от типа клеток, включая ацикловир. «Изначально мы использовали ацикловир в качестве положительного контроля для скрининга новых кандидатов на противовирусные препараты, но мы были шокированы, обнаружив, что ацикловир был по крайней мере на порядок менее эффективен в погруженной модели (в которой HSV в основном инфицировал кератиноциты), чем в модели ALI (в которой HSV в основном инфицировал фибробласты)», — сказал Хейман.

Дополнительные испытания показали, что дозы ацикловира, необходимые для эффективного подавления HSV в кератиноцитах, были выше , чем максимальные концентрации ацикловира в сыворотке, зарегистрированные у пациентов, принимавших препарат. Доктор Чжу добавил: «Учитывая, что кератиноциты являются основным типом клеток кожи, в которых HSV реплицируется у пациентов, тот факт, что ацикловир не так уж и эффективен в подавлении HSV в этом типе клеток, может объяснить, почему он не всегда эффективен при лечении вспышек HSV!»

Разработка лекарств

В будущем команда лаборатории Чжу продолжит изучать лучшие противовирусные кандидаты и печатать эквиваленты человеческой кожи, которые помогут им увидеть, как противовирусная эффективность связана с конкретными типами клеток, полученных от пациентов. Хейман и Чжу заключили: « Мы особенно воодушевлены перспективой использования клеток, полученных от пациентов, для 3D-печати следующего поколения этих кожных органоидов, поскольку это позволит нам включить биологию, специфичную для пациента, в процесс разработки лекарств и гарантировать, что препараты, на тестирование которых мы тратим время и деньги, действительно показывают эффективность в клеточной среде, в которой они в конечном итоге будут использоваться».

3D-биопечатная платформа кожи поддержала проект, включив переменные генетические фоны на ранних этапах тестирования лекарств. Таким образом, они предоставили более физиологически релевантный подход к выявлению потенциальных противовирусных препаратов для разработки лекарств, направленных на HSV, предлагая многообещающие возможности и свидетельствуя о преимуществах 3D-печати. ​​Чтобы узнать больше о проекте, найдите статью Fred Hutch Center здесь .

По всем вопросам по 3d печати, сканированию, изготовлению серийных деталей в Краснодаре можно связаться:

телеграм — https://t.me/fidller

почта — shope@fidller.com

все о кино тут — https://news.fidller.com
всё о 3d печати и 3d сканировании тут https://3dprint.fidller.com
наш магазин — https://fidller.com
мы в телеграм — https://t.me/fidller_com
группа 3д печати — https://vk.com/3d_krd_123
https://t.me/pechat3dkrd
https://rutube.ru/channel/23475108/