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科学家们将探索感染流感的老鼠的肺部

在生物化学家和作家艾萨克·阿西莫夫(Isaac Asimov)撰写的1966年小说“神奇之旅”(Fantastic Voyage)中,为了穿越科学家的身体并将他从脑中的血凝块中拯救出来,一群人变得小型化。

科学家们将探索感染流感的老鼠的肺部

对于威斯康星大学麦迪逊分校的病毒学家和流感专家Yoshihiro Kawaoka来说,最近第一次看到活老鼠肺部真实,活跃的流感感染让人联想到这部50年历史的科幻小说,它也改编成了电影。

Kawaoka及其团队今天(2018年6月25日)在美国国家科学院院刊上发表了一篇名为FluVision的新工具,该工具让他们能够看到活体动物感染流感。此外,它提供了一个前所未有的世界窗口,使科学家能够观察并更好地了解当病毒感染肺部和身体反应时会发生什么。

“现在,我们可以在病毒感染的动物身上实时看到身体内部,”威斯康星大学麦迪逊分校兽医学院的病理生物科学教授说。“这就像我们可以缩小并进入体内。”

在这样做的过程中,科学家已经记录了两种不同流感病毒的作用差异,见证了流感病毒在肺部扩散,肺部受感染区域的血流速度降低,观察了免疫的激活和行为。称为中性粒细胞的细胞,揭示了高致病性流感病毒感染可能造成的一些损害。

值得注意的是,感染高致病性流感病毒株 - “禽流感”,H5N1-比使用温和的,适应小鼠的人类H1N1病毒感染更快,造成的损害更大。致病性是指病毒引起疾病的能力。

为了在活体老鼠的肺部显微镜观察,Kawaoka的团队不得不克服一些挑战。首先是寻找能让他们透透肺部的技术。另一个小组开创了这种方法,称为双光子激发显微镜,Kawaoka的团队将其用于研究。

该团队必须建立一个系统,使其能够在高水平的生物安全 - 生物安全三级水平上使用流感病毒,同时还允许技术人员使用激光源来查看肺部感兴趣的物体。主要作者Hiroshi Ueki帮助设计了一个系统,其中激光器位于高密闭实验室空间之外,通过一个小玻璃窗瞄准实验室内的显微镜,所有这些都建立在必须物理分离但几乎连接的稳定平台上。

Kawaoka的团队还必须制造荧光标记的病毒,这些病毒可用于感染小鼠并在显微镜下用激光观察,但其功能与自然界中发现的病毒相似。他们将技术称为Color-flu。

此外,研究人员必须开发一种方法,在鼠标呼吸时保持一部分肺部静止,这样他们就可以获得高质量的图像和视频。该团队制作了一个小型定制设备,称为胸窗,Kawaoka称已获得专利,在成像过程中使用真空来稳定手术暴露的一小部分肺部。

在研究中,研究人员用荧光标记的H5N1或H1N1感染小鼠。感染后两天,他们可以看到肺部细胞感染了病毒颗粒。这些细胞的数量在感染后三天达到其峰值,并且在感染H5N1的肺中更高。

在感染任何一种病毒后,流感感染肺部毛细血管中的血流减慢,但在H1N1感染的小鼠中则较小。这表明病毒在导致肺损伤之前影响血管系统。

在病毒暴露两天后,感染H5N1的小鼠的肺也变得“渗漏”,由此毛细血管的内容物渗透到肺的微小气囊中,称为肺泡。这也与肺中死细胞数量的增加有关。

“很明显,肺毛细血管有问题,”Kawaoka说,他也是东京大学的教授,在那里完成了工作。“我们看到这种泄漏的原因是内皮细胞(构成肺部血管)之间的连接由于某种原因而松动。我们首次记录了这一点。”

研究感染的机制可能是一种鸡蛋和鸡蛋的努力,因为一旦感染开始,身体的反应也会开始,引发一连串的行为,这些行为也可能导致与病原体相关的一些损害。他说,其中一些,如Kawaoka团队观察到的肺部漏气,可能有助于身体反应。病毒和宿主之间的这种关系驱动了Kawaoka的好奇心。

他的团队选择观察称为中性粒细胞的免疫细胞,这是人体的第一道防线之一。他们的行为会引起炎症。在感染H5N1的小鼠中,嗜中性粒细胞在暴露后第一天被募集到肺部,成为流行的六倍。他们在感染H1N1的小鼠的肺中加倍。

在流感病毒感染的细胞数量在第3天达到峰值后,中性粒细胞数量下降,但那些仍然存在的表现与健康小鼠的中性粒细胞不同。

研究小组发现,中性粒细胞表现出两种运动:缓慢和快速。在感染流感的肺部,高峰日后仍然存在的中性粒细胞表现出快速运动减少,并且花费更多时间缓慢移动,就好像在寻找受感染的细胞一样。

Kawaoka说:“我们还不知道他们为什么以及他们在做什么。”但是,他指出,这是第一次记录这种行为。对他来说,更深入挖掘动力,并将技术应用于其他呼吸道病毒。

“我们正在看到免疫系统的作用机制,”他说。“这些是你发现的东西,令人兴奋,但现在我们必须弄清楚发生了什么。”

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