Summary

Porcine Hornhin Tissue Explant at studere effekten af Herpes Simplex Virus-1 Antivirale lægemidler

Published: September 20, 2021
doi:

Summary

Vi beskriver brugen af en hornhin hornhin til at teste den antivirale effekt af eksperimentelle lægemidler.

Abstract

Vira og bakterier kan forårsage en række okulære overfladefejl og degeneration såsom sår og sår gennem hornhindeinfektion. Med en seroprevalens, der spænder fra 60-90% på verdensplan, forårsager Herpes Simplex Virus type-1 (HSV-1) almindeligvis slimhindede læsioner i orofacialområdet, som også manifesterer sig som læsioner og infektionsrelateret blindhed. Mens de nuværende antivirale lægemidler er effektive, kræver fremkomsten af resistens og persistens af giftige bivirkninger udvikling af nye antivirale lægemidler mod dette allestedsnærværende patogen. Selv om in vitro-vurdering giver nogle funktionelle data vedrørende en spirende antiviral, de ikke påvise kompleksiteten af okulært væv in vivo. In vivo-undersøgelser er imidlertid dyre og kræver uddannet personale, især når man arbejder med virale stoffer. Derfor ex vivo modeller er effektive endnu billige trin til antivirale test. Her diskuterer vi en protokol til at studere infektion med HSV-1 ved hjælp af porcine hornhin hornhinde ex vivo og en metode til at behandle dem topisk ved hjælp af eksisterende og nye antivirale lægemidler. Vi demonstrerer også metoden til at udføre en plak assay ved hjælp af HSV-1. De beskrevne metoder kan anvendes til at udføre lignende forsøg for at studere infektioner, der ligner HSV-1 patogenet.

Introduction

Personer, der lider af øjeninfektioner, pådrager sig ofte synstab1. Med en høj seroprevalens på verdensplan lider HSV-inficerede personer af tilbagevendende øjeninfektioner, der fører til hornhinde ardannelse, stromal keratitis og neovascularization2,3,4,5. HSV-infektioner har også vist sig at forårsage sjældnere, en række alvorlige tilstande blandt immunkompromitterede, ubehandlede patienter som encephalitis og systemisk sygelighed6,7,8. Lægemidler som Acyclovir (ACV) og dens nukleoside analoger har vist konsekvent succes med at bremse HSV-1 infektion og endda kontrollere reaktivering endnu den langvarige brug af disse stoffer er forbundet med nyresvigt, føtale abnormiteter og manglende begrænsning af fremkomsten af lægemiddelresistens mod udviklende virusstammer9,10,11,12,13. Kompleksiteter forbundet med HSV-1 okulære infektioner, er tidligere blevet undersøgt in vitro ved hjælp af monolayers og 3D kulturer af menneskelige hornhindeceller og in vivo ved hjælp af murin eller kanin okulære infektioner. Mens disse in vitro-modeller giver betydelige data om de cellulære biologiske komponenter i HSV-1-infektioner, undlader de imidlertid at efterligne den indviklede kompleksitet af hornhindevæv og gør meget for at belyse dendritiske spredning af virus14. I modsætning hertil, selv om in vivo systemer er mere indsigtsfulde i at vise infektion spredes i hornhinder og immunaktivering svar under HSV-1 infektion, de kommer med det forbehold, at de kræver uddannede efterforskere og store faciliteter for dyrepleje at overse eksperimenter.

Her bruger vi porcine hornhinde som en ex vivo model til at undersøge HSV-1 infektion induceret sårsystem. Både den potentielle farmakologi af visse lægemidler samt celle- og molekylærbiologien i sårsystemet forårsaget af infektionen kan studeres gennem vævseksplanter. Denne model kan også ændres til brug for andre virale og bakterielle infektioner samt. I denne undersøgelse blev der anvendt hornhinhindeas til at teste den antivirale effekt af et præklinisk lille molekyle, BX795. Brugen af hornhin hornhinde var foretrukket på grund af nem adgang og omkostningseffektivitet. Derudover er porcine hornhin hornhin modeller gode modeller af menneskelige øjne med hornhinder er let at isolere, tilstrækkeligt størrelse til infektion og visualisering og robust til at håndtere15. Porcine hornhin hornhinde er også sammenlignelig med kompleksiteten af menneskelige hornhinde modeller i både trans hornhinde permeabilitet og systemisk absorption15. Ved at bruge denne model til undersøgelsen var vi i stand til at belyse, hvordan BX795 er værd at undersøge nærmere som en kompetent hæmmer af HSV-1-virusinfektion og tilføjer til litteraturen om at klassificere det som en potentiel lillemolekyle antiviral forbindelse16.

Protocol

Alle de svin væv, der anvendes i denne undersøgelse blev leveret af en tredjepart privat organisation og ingen af de dyr håndtering blev udført af University of Illinois i Chicago personale. 1. Materialer Reagenser Brug følgende reagenser til plaque assay: pulver methylcellulose, Dulbeccos modificerede ørnemedium (DMEM), føtalt kvægserum (FBS), penicillin og streptomycin (P/S) til plaqueanalyse. Brug krystal violette tabletter og ethanol…

Representative Results

For at forstå effekten af de eksperimentelle antivirale lægemidler skal de testes grundigt, før de sendes til in vivo humane kliniske forsøg. I den forbindelse skal der identificeres positiv kontrol, negativ kontrol og testgrupper. Trifluorothymidin (TFT) har længe været anvendt som den foretrukne behandling til behandling af herpes keratitis topisk16. Anvendes som en positiv kontrol, TFT behandlet hornhinde grupper viser lavere infektion spredning. Som en negativ kontrol brugte vi DMSO elle…

Discussion

Tidligere forskning har vist BX795 at have en lovende rolle som et antiviralt middel mod HSV-1 infektion; ved at hæmme tank-bindende kinase 1 (TBK1)16. Både TBK1 og autofagi har spillet en rolle i at hjælpe hæmme HSV-1 infektion som påvist på humane hornhinde epitelceller. BX795 viste sig at være maksimalt effektiv med antivirale aktiviteter i en koncentration på 10μM og ved hjælp af både western blot analyse og viral plaque analyse af centrale virale proteiner, BX795 viste sig at hæmm…

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Denne undersøgelse blev støttet af NIH tilskud (R01 EY024710, RO1 AI139768, og RO1 EY029426) til D.S. A.A. blev støttet af en F30EY025981 tilskud fra National Eye Institute, NIH. Undersøgelsen blev udført ved hjælp af porcine hornhinder opnået fra Park Packing selskab, 4107 Ashland Avenue, New City, Chicago, IL-60609

Materials

30 G hypodermic needles. BD 305128
500 mL glass bottle. Thomas Scientific 844027
Antimycotic and Antibiotic (AA) GIBCO 15240096 Aliquot into 5 mL tubes and keep frozen until use
Benchtop vortexer. BioDot BDVM-3200
Biosafety cabinet with a Bio-Safety Level-2 (BSL-2) certification. Thermofisher Scientific Herasafe 2030i
Calgiswab 6" Sterile Calcium Alginate Standard Swabs. Puritan 22029501
Cell scraper – 25 cm Biologix BE 70-1180 70-1250
Crystal violet Sigma Aldrich C6158 Store the powder in a dark place
Dulbecco’s modified Eagle’s medium – DMEM GIBCO 41966029 Store at 4 °C until use
Ethanol Sigma Aldrich E7023
Fetal bovine serum -FBS Sigma Aldrich F2442 Aliquot into 50 mL tubes and keep frozen until use
Flat edged tweezers – 2. Harward Instruments 72-8595
Freezers –80 °C. – Thermofisher Scientific 13 100 790
Fresh box of blades. Thomas Scientific TE05091
Guaze Johnson & Johnson 108 square inch folder 12 ply
HSV-1 17GFP grown in house Original strain from Dr. Patricia Spears, Northwestern University. GFP expressing HSV-1 strain 17
Insulin, Transferrin, Selenium – ITS GIBCO 41400045 Aliquot into 5 mL tubes and keep frozen until use
Magnetic stirrer. Thomas Scientific H3710-HS
Metallic Scissors. Harward Instruments 72-8400
Micropipettes 1 to 1000 µL. Thomas Scientific 1159M37
Minimum Essential Medium – MEM GIBCO 11095080 Store at 4 °C until use
OptiMEM  GIBCO 31985047 Store at 4 °C until use
Penicillin/streptomycin. GIBCO 15140148 Aliquot into 5 mL tubes and keep frozen until use
Phosphate Buffer Saline -PBS GIBCO 10010072 Store at room temperature
Porcine Corneas Park Packaging Co., Chicago, IL 0 Special order by request
Procedure bench covers – as needed. Thermofisher Scientific S42400
Serological Pipettes Thomas Scientific P7132, P7127, P7128, P7129, P7137
Serological Pipetting equipment. Thomas Scientific Ezpette Pro
Stereoscope Carl Zeiss SteREO Discovery V20
Stirring magnet. Thomas Scientific F37120
Tissue culture flasks, T175 cm2. Thomas Scientific T1275
Tissue culture incubators which can maintain 5% CO2 and 37 °C temperature. Thermofisher Scientific Forma 50145523
Tissue culture treated plates (6-well). Thomas Scientific T1006
Trypsin-EDTA (0.05%), phenol red GIBCO 25-300-062 Aliquot into 10 mL tubes and keep frozen until use
Vero cells American Type Culture Collection ATCC CRL-1586

Referencias

  1. Liesegang, T. J. Herpes simplex virus epidemiology and ocular importance. Cornea. 20 (1), 1-13 (2001).
  2. Farooq, A. V., Valyi-Nagy, T., Shukla, D. Mediators and mechanisms of herpes simplex virus entry into ocular cells. Current Eye Research. 35 (6), 445-450 (2010).
  3. Farooq, A. V., Shah, A., Shukla, D. The role of herpesviruses in ocular infections. Virus Adaptation and Treatment. 2 (1), 115-123 (2010).
  4. Xu, F., et al. Seroprevalence and coinfection with herpes simplex virus type 1 and type 2 in the United States, 1988-1994. Journal of Infectious Diseases. 185 (8), 1019-1024 (2002).
  5. Xu, F., et al. Trends in herpes simplex virus type 1 and type 2 seroprevalence in the United States. Journal of the American Medical Association. 296 (8), 964-973 (2006).
  6. Koganti, R., Yadavalli, T., Shukla, D. Current and emerging therapies for ocular herpes simplex virus type-1 infections. Microorganisms. 7 (10), (2019).
  7. Lobo, A. -., Agelidis, A. M., Shukla, D. Pathogenesis of herpes simplex keratitis: The host cell response and ocular surface sequelae to infection and inflammation. Ocular Surface. 17 (1), 40-49 (2019).
  8. Koujah, L., Suryawanshi, R. K., Shukla, D. Pathological processes activated by herpes simplex virus-1 (HSV-1) infection in the cornea. Cellular and Molecular Life Sciences. 76 (3), 405-419 (2019).
  9. Lass, J. H., et al. Antiviral medications and corneal wound healing. Antiviral Research. 4 (3), 143-157 (1984).
  10. Burns, W. H., et al. Isolation and characterisation of resistant Herpes simplex virus after acyclovir therapy. Lancet. 1 (8269), 421-423 (1982).
  11. Crumpacker, C. S., et al. Resistance to antiviral drugs of herpes simplex virus isolated from a patient treated with Acyclovir. New England Journal of Medicine. 306 (6), 343-346 (2010).
  12. Yildiz, C., et al. Acute kidney injury due to acyclovir. CEN Case Report. 2 (1), 38-40 (2013).
  13. Fleischer, R., Johnson, M. Acyclovir nephrotoxicity: a case report highlighting the importance of prevention, detection, and treatment of acyclovir-induced nephropathy. Case Rep Med. 2010, 1-3 (2010).
  14. Thakkar, N., et al. Cultured corneas show dendritic spread and restrict herpes simplex virus infection that is not observed with cultured corneal cells. Science Report. 7, 42559 (2017).
  15. Pescina, S., et al. et al Development of a convenient ex vivo model for the study of the transcorneal permeation of drugs: Histological and permeability evaluation. Journal of Pharmaceutical Sciences. 104, 63-71 (2015).
  16. Jaishankar, D., et al. An off-target effect of BX795 blocks herpes simplex virus type 1 infection of the eye. Science Translational Medicine. 10, 5861 (2018).
  17. Duggal, N., et al. Zinc oxide tetrapods inhibit herpes simplex virus infection of cultured corneas. Molecular Vision. 23, 26-38 (2017).

Play Video

Citar este artículo
Yadavalli, T., Volety, I., Shukla, D. Porcine Corneal Tissue Explant to Study the Efficacy of Herpes Simplex Virus-1 Antivirals. J. Vis. Exp. (175), e62195, doi:10.3791/62195 (2021).

View Video