Kesehatan

HIV Ditemukan Menyebar Secara Langsung Melalui Kontak Sel-ke-Sel dalam Tubuh Manusia

Penyebaran patogen seperti human immunodeficiency virus (HIV) sering dipelajari dalam tabung reaksi, yaitu dalam kultur sel dua dimensi, walaupun hampir tidak mencerminkan kondisi sebenarnya yang jauh lebih kompleks dalam tubuh manusia. Dengan menggunakan sistem kultur sel yang inovatif, analisis gambar kuantitatif, dan simulasi komputer, tim ilmuwan interdisipliner dari Universitas Heidelberg kini telah mengeksplorasi bagaimana HIV menyebar di lingkungan seperti jaringan tiga dimensi. Hasil para peneliti menunjukkan bahwa struktur jaringan memaksa virus untuk menyebar melalui kontak sel-ke-sel langsung.

Meskipun penelitian telah dilakukan selama lebih dari 30 tahun, banyak aspek kunci tentang bagaimana HIV, agen penyebab penyebaran sindrom defisiensi imun (AIDS) masih belum dipahami. Salah satu pertanyaan yang belum terselesaikan ini menyangkut interaksi antara virus dengan lingkungan dalam tubuh manusia. Secara tradisional telah diasumsikan bahwa sel yang terinfeksi melepaskan partikel virus yang kemudian berdifusi dan akhirnya menginfeksi sel lain. Tetapi juga mungkin bahwa partikel virus ditransfer langsung dari satu sel yang terinfeksi ke sel berikutnya melalui kontak dekat. Sampai sekarang tidak diketahui mode transmisi mana yang ada di jaringan. “Studi tentang replikasi HIV di laboratorium sebagian besar dilakukan dalam percobaan kultur sel sederhana dalam piring plastik yang tidak mencerminkan arsitektur yang kompleks dan heterogenitas jaringan,” jelas direktur studi Prof. Dr. Oliver Fackler dari Pusat Penelitian Penyakit Infeksi Integratif ( CIID) di Rumah Sakit Universitas Heidelberg.

Dalam pendekatan mereka, para peneliti Heidelberg mempertimbangkan bahwa apa yang disebut sel helper T CD4, jenis sel yang disukai yang terinfeksi oleh HIV, sangat motil dalam lingkungan fisiologis mereka.  Mereka menggunakan sistem kultur sel baru, di mana perancah tiga dimensi dihasilkan dengan bantuan kolagen. Hal ini memungkinkan untuk mempertahankan mobilitas sel dan memantau sel T CD4 primer yang terinfeksi dengan HIV-1 dalam lingkungan seperti jaringan selama beberapa minggu. Dengan menggunakan pendekatan inovatif ini, para peneliti mengukur sejumlah faktor yang menjadi ciri motilitas sel, replikasi virus, dan hilangnya sel helper T CD4 secara bertahap. “Ini menghasilkan satu set data yang sangat kompleks yang tidak mungkin untuk ditafsirkan tanpa bantuan dari para ilmuwan dari disiplin ilmu lain,” jelas Dr. Andrea Imle, yang bekerja pada proyek selama Ph.D. di CIID.

Analisis eksperimental dan komputasi mengungkapkan bahwa pembatasan lingkungan membentuk penyebaran HIV-1 dalam kultur 3D . Sumber: Nature Communications 

Dalam menganalisis data, para ilmuwan yang melakukan percobaan berkolaborasi dengan rekan-rekan dari bidang pemrosesan gambar, biofisika teoritis dan pemodelan matematika. Bersama-sama mereka mampu menandai perilaku kompleks sel dan virus dan mensimulasikannya di komputer. Ini memungkinkan untuk membuat prediksi penting pada proses kunci yang menentukan penyebaran HIV-1 dalam kultur 3-D ini, yang dikonfirmasi oleh eksperimen berikutnya. ” Studi interdisipliner kami adalah contoh yang baik tentang bagaimana siklus berulang percobaan dan simulasi dapat membantu menganalisis secara kuantitatif proses biologis yang kompleks,” kata Prof. Dr. Ulrich Schwarz dari Institute for Theoretical Physics di Heidelberg University.

Analisis data mengungkapkan bahwa lingkungan 3-D dari sistem kultur sel menekan infeksi dengan virus bebas sel sambil secara bersamaan mempromosikan transmisi virus langsung dari sel ke sel. “Model kami memungkinkan kami untuk mengintegrasikan film mikroskop sel tunggal pendek dengan pengukuran populasi sel jangka panjang dan dengan demikian untuk memperkirakan rentang waktu minimal yang diperlukan untuk kontak sel ke sel untuk mengirimkan infeksi,” jelas Dr. Frederik Graw dari BioQuant Center dari Universitas Heidelberg. Para peneliti berharap bahwa temuan ini pada akhirnya akan mengarah pada pendekatan terapi baru dalam pengobatan HIV.