Summary

Porcine hornhinnen vev Explant å studere effekten av Herpes Simplex Virus-1 Antivirals

Published: September 20, 2021
doi:

Summary

Vi beskriver bruken av en porcin hornhinne for å teste den antivirale effekten av eksperimentelle legemidler.

Abstract

Virus og bakterier kan forårsake en rekke okulære overflatefeil og degenerasjon som sår og sår gjennom hornhinneinfeksjon. Med en seroprevalens som spenner fra 60-90% over hele verden, Herpes Simplex Virus type-1 (HSV-1) ofte forårsaker mucocutaneous lesjoner i den orofaciale regionen som også manifesterer seg som lesjoner og infeksjon-assosiert blindhet. Mens nåværende antivirale legemidler er effektive, krever fremveksten av motstand og utholdenhet av giftige bivirkninger utvikling av nye antivirale midler mot dette allestedsnærværende patogenet. Selv om in vitro-vurdering gir noen funksjonelle data om et fremvoksende antiviralt, viser de ikke kompleksiteten til okulært vev in vivo. In vivo-studier er imidlertid dyre og krever opplært personell, spesielt når du arbeider med virale midler. Derfor er ex vivo-modeller effektive, men rimelige trinn for antiviral testing. Her diskuterer vi en protokoll for å studere infeksjon ved HSV-1 ved hjelp av porcine corneas ex vivo og en metode for å behandle dem topisk ved hjelp av eksisterende og nye antivirale legemidler. Vi demonstrerer også metoden for å utføre en plakkanalyse ved hjelp av HSV-1. Metodene som er beskrevet kan brukes til å utføre lignende eksperimenter for å studere infeksjoner som ligner HSV-1-patogenet.

Introduction

Personer som lider av okulære infeksjoner pådrar seg ofte synstap1. Med høy seroprevalens over hele verden lider HSV-infiserte individer av tilbakevendende øyeinfeksjoner som fører til hornhinnen arrdannelse, stromal keratitt og neovascularization2,3,4,5. HSV-infeksjoner har også vist seg å forårsake sjeldnere, en rekke alvorlige tilstander blant immunkompromitterte, ubehandlede pasienter som encefalitt og systemisk sykelighet6,7,8. Legemidler som Acyclovir (ACV) og dens nukleosidanaloger har vist konsistent suksess med å dempe HSV-1-infeksjon og til og med kontrollere reaktivering, men langvarig bruk av disse stoffene er forbundet med nyresvikt, fosteravvik og manglende begrensning av fremveksten av legemiddelresistens mot utviklende virusstammer9,10,11,12,13. Kompleksiteter forbundet med HSV-1 okulære infeksjoner, har tidligere blitt studert in vitro ved hjelp av monolayers og 3D-kulturer av menneskelige hornhinneceller og in vivo ved hjelp av murine eller kanin okulære infeksjoner. Mens disse in vitro-modellene gir betydelige data om de cellulære biologiske komponentene i HSV-1-infeksjoner, klarer de imidlertid ikke å etterligne den intrikate kompleksiteten i hornhinnen vev og gjør lite for å belyse den dendrittiske spredningen av viruset14. Derimot, selv om in vivo-systemer er mer innsiktsfulle i å vise infeksjon spredt i hornhinner og immunaktiveringsresponser under HSV-1-infeksjon, kommer de med advarselen om at de krever trente etterforskere og store fasiliteter for dyrepleie for å overse forsøkene.

Her bruker vi porcin hornhinner som en ex vivo modell for å undersøke HSV-1 infeksjon indusert sår system. Både den potensielle farmakologien til visse legemidler samt sårets celle- og molekylærbiologi forårsaket av infeksjonen kan studeres gjennom vevsekstlantkulturer. Denne modellen kan også endres for bruk til andre virus- og bakterieinfeksjoner også. I denne studien ble porcin hornhinnen brukt til å teste den antivirale effekten av et preklinisk lite molekyl, BX795. Bruken av svine corneas ble foretrukket på grunn av enkel tilgang og kostnadseffektivitet. I tillegg er porcin hornhinnemodeller gode modeller av menneskelige øyne med hornhinnen lett å isolere, tilstrekkelig størrelse for infeksjon og visualisering og robust for å håndtere15. Porcin hornhinnen er også sammenlignbar med kompleksiteten av menneskelige hornhinnen modeller i både trans hornhinnen permeabilitet og systemiskabsorpsjon 15. Ved å bruke denne modellen til studien var vi i stand til å belyse hvordan BX795 er verdig videre undersøkelse som en kompetent hemmer av HSV-1 virusinfeksjon og legger til litteraturen for å klassifisere den som en potensiell antiviral forbindelse med små molekyler16.

Protocol

Alt svinevevet som ble brukt i denne studien ble levert av en tredjeparts privat organisasjon, og ingen av dyrehåndteringene ble utført av University of Illinois hos Chicago-personell. 1. Materialer Reagenser Bruk følgende reagenser for plakkanalyse: pulvermetylcellulose, Dulbeccos modifiserte ørnemedium (DMEM), føtal bovint serum (FBS), penicillin og streptomycin (P/S) for plakkanalyse. Bruk krystallfiolette tabletter og etanol (molekylær…

Representative Results

For å forstå effekten av de eksperimentelle antiviralene, må de testes grundig før de sendes til in vivo humane kliniske studier. I denne forbindelse må positiv kontroll, negativ kontroll og testgrupper identifiseres. Trifluorothymidine (TFT) har lenge vært brukt som foretrukket behandling for å behandle herpes keratitt topisk16. Brukt som en positiv kontroll, viser TFT-behandlede hornhinnegrupper lavere infeksjonsspredning. Som en negativ kontroll brukte vi DMSO eller kjøretøykontroll op…

Discussion

Tidligere forskning har vist at BX795 har en lovende rolle som antiviralt middel mot HSV-1-infeksjon; ved å hemme TANK-bindende kinase 1 (TBK1)16. Både TBK1 og autofagi har spilt en rolle i å hemme HSV-1 infeksjon som demonstrert på humane hornhinnen epitelceller. BX795 ble vist å være maksimalt effektiv med antiviral aktivitet i en konsentrasjon på 10μM og ved hjelp av både vestlig blotanalyse og viral plakkanalyse av viktige virusproteiner, BX795 ble vist å hemme HSV-1 infeksjon som ka…

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Denne studien ble støttet av NIH-tilskudd (R01 EY024710, RO1 AI139768 og RO1 EY029426) til D.S. A.A. ble støttet av et F30EY025981-stipend fra National Eye Institute, NIH. Studien ble utført ved hjelp av svine corneas hentet fra Park Packing company, 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