基于微流控芯片的病毒细胞间传播行为研究

As an important virus transmission mode, cell-to-cell spread could help virus escape immune system and is resistant to antivirus drugs. Deep understanding of virus cell-to-cell spread mechanism may contribute to the development of novel antivirus drug and the therapy for infectious diseases. Cytoskeleton is invovled in virus infection and transmission. Reorganization and reconfiguration of cytoskeleton is affected by the morphology and surface structure of substrate for cell adhersion, which has the potentail to affect the cytoseleton related virus infection and transmission. Microfluidic chip has been used for the integrated cell analysis to monitor various cell behaviours, including cell growth, migration, apoptosis and so on, which has shown great advantages and potentail on cell-cell and cell-extracellular microenvironment interactions. Microfluidics has become an important platform technology for cell or singel cell analysis. The aim of this project is to study the influence of substrate surface structure on virus cell-to-cell spread under controlled extracellular mircoenvironment on microfluidic chips, and to develop the model and method for study on interaction between substrate sruface structure and cell-to-cell spread. The study will help to unravel the mechanism of anisotropic cell-to-cell spread, and establish a novle platform technology for the study of virus-host cell interaction.

病毒细胞间传播是一种重要的病毒传播方式，与病毒逃逸宿主免疫系统以及药物治疗有极大关系，深入认识病毒细胞间传播机制有助于新型抗病毒药物设计和病毒相关疾病治疗方案的确定。病毒的侵染和传播行为与宿主细胞骨架结构密切相关，而细胞骨架排布又受到细胞附着基底物理形貌及结构的影响，与细胞骨架结构相关的病毒侵染和传播过程很可能也会受到基底形貌及结构的影响。微流控技术可实现集成化的细胞分析，实时监控细胞生长、增殖、迁移及凋亡等细胞行为，在"细胞-细胞"以及"细胞-细胞外微环境"相互作用研究方面体现出了巨大优势和重要作用，已成为（单）细胞分析的重要平台技术。本项目旨在于利用微流控芯片在细胞外微环境调控上的优势，研究微环境（主要是基底表面结构）对病毒细胞间传播的影响，建立研究基底结构对病毒细胞间传播影响的模型和方法，初步揭示病毒在细胞间各向异性传播机制，推动病毒与宿主细胞相互作用研究新型平台技术的建立。

病毒-宿主细胞相互作用研究及病原体高灵敏检测对于传染病防控具有重要意义。本项目主要利用微流控技术实现细胞外微环境调控，研究胞外微环境（包括基底表面结构、流体剪切力、空间受限环境等）对病毒细胞间传播的影响，建立了研究细胞外微环境影响病毒细胞间传播的模型和方法，为深入认识病毒细胞间传播和感染机制提供新技术，推动了病毒与宿主细胞相互作用研究新型平台技术的建立，并发展了快速、高效病毒检测新方法，为病毒性传染病的临床诊断及防治提供新方法。在原有工作基础上进一步验证了接触导向作用导致的病毒各向异性细胞间传播行为及其机制。发现流体剪切力和空间受限环境可以调控病毒诱导的细胞迁移行为，增强其迁移定向性和迁移速度，并发现细胞定向迁移可导致病毒远程细胞间传播。另一方面，项目将微流控芯片和磁免疫技术结合，构建了病毒核酸适配体高效筛选及病毒高灵敏检测的微流控平台，发展了高灵敏的病毒检测新方法。筛选得到了埃博拉病毒的适配体，实现了埃博拉病毒及流感病毒的快速高灵敏检测。项目执行期间共发表论文22篇，包括SCI论文20篇，分别发表在Angewandte Chemie International Edition（1篇），Analytical Chemistry（6篇），Lab on a Chip（2篇），Biosensors and Bioelectronics（4篇），ACS Applied Materials and Interfaces（1篇）等刊物上。获1项国家发明专利授权；培养博士6名，硕士4名；课题负责人张志凌获2017年湖北省自然科学一等奖（第三完成人）。