3D Models of Engineered Human iPS Cells to Investigate Neurotropic Virus Infections

迫切需要改进的人体组织模型来研究传染病。动物模型通常 不能再现人类生理学，并且当转化为 人类该提案描述了麻省理工学院传染病人体组织模型中心 （MIT.HTMID），该项目将专注于二维人类神经细胞和三维人类大脑 类器官来研究病毒感染。该项目完全位于马萨诸塞州理工学院。 这三名研究人员是：Lee Gehrke（病毒学和传染病）、Rudolf Jaenisch（组织 工程，细胞生物学和干细胞）和大卫萨巴蒂尼（遗传学和筛选技术）。的 中心还将包括三个核心领域，即管理、病毒学和人类细胞和组织。的 本U19提案的两个相关研究项目的主题是：项目1：人体组织模型， 研究传染病：人类2D和3D神经培养物用于研究病毒嗜性和感染 项目2：使用2D培养物和3D类器官来鉴定候选抗病毒化合物， 使用遗传学方法来鉴定和验证促进或保护免受黄病毒感染的宿主基因。 类器官的实验使用是重要的，因为三维结构和分化 来自胚胎干细胞（ES细胞）和诱导的多能干细胞（iPS细胞）的干细胞提供了接近生理学的功能， 组织组织、组织更新和对病原体感染的反应。事实上，人类类器官 产生了广泛的组织，并用于研究发育和疾病，包括病毒 感染.该项目将比较五种不同的神经或小胶质细胞类型（神经元）的感染。 祖细胞、神经元、少突胶质细胞、星形胶质细胞、小胶质细胞）与三种黄病毒（寨卡病毒，西尼罗河病毒， 病毒或登革热病毒）。HTMID的研究目标是解决寨卡病毒全球健康危机， 了解相关的黄病毒如何导致非常不同的疾病，包括小头畸形和格林巴利综合征 巴雷综合征。病毒工作将扩展到黄病毒以外，包括其他嗜神经病毒， 假型水泡性口炎病毒（VSV），携带选择性脑炎病毒的包膜 （Eastern Equine Encephalus，Western Equine Encephalus，Venezuelan Equine Encephalus）。 我们将 用细胞和分子方法确定和比较细胞和病毒的感染表型。 组织工程和遗传学将通过进行CRISPR基因组Cas9筛选来结合起来，以识别 调节或受病毒感染调节，然后产生“敲除”类器官，以测试类器官的功能。 三维组织类器官人体组织模型也将用于评估一些抗病毒药物， 以验证其作为药物测试平台的潜在用途。如果成功的话，这个中心将产生巨大的效益。 新数据，并成为传染病人体组织模型网络的组成部分。

There is a critical need for improved human tissue models to study infectious diseases. Animal models often  fail to reproduce human physiology, and are similarly poor predictors of drug efficacy when translated to  humans. This proposal describes the MIT Center for Human Tissue Models for Infectious Diseases  (MIT.HTMID), which will focus on two dimensional human neural cells and three dimensional human cerebral  organoids to study virus infections. The project is sited entirely at The Massachusetts Institute of Technology.  The three investigators are: Lee Gehrke (Virology and Infectious Diseases), Rudolf Jaenisch (Tissue  Engineering, Cell Biology, and Stem Cells) and David Sabatini (Genetics and Screening Technologies). The  Center will also include three Cores; that is, Administrative, Virology, and Human Cells and Tissues. The  themes of the two interrelated Research Projects of this U19 proposal are: ​Project 1: ​Human tissue models to  study infectious diseases: Human 2D and 3D neural cultures for studying virus tropism and infection  phenotypes, and ​Project 2: ​Use of 2D cultures and 3D organoids to identify candidate antiviral compounds; to  use genetic approaches to identify and validate host genes that promote or protect against flavivirus infection​.  The experimental use of organoids is significant because the three dimensional architecture and differentiation  from embryonic stem (ES) cells and induced pluripotent stem (iPS) cells provide near­physiological functions in  tissue organization, tissue renewal, and responses to pathogen infections. Indeed, human organoids have  been generated for a wide range of tissues and uses in studying development and diseases, including virus  infections. The project will compare the infections of five different neural or microglial cell types (neuronal  progenitors, neurons, oligodendrocytes, astrocytes, microglia) with three flaviviruses (Zika Virus, West Nile  Virus, or Dengue virus). The research goals of MIT.HTMID address the Zika virus global health crisis, toward  understanding how related flaviviruses can cause very different diseases, including microcephaly and Guillain  Barre Syndrome. The virus work will be extended beyond flaviviruses to include other neurotropic viruses; that  is, pseudotyped vesicular stomatitis viruses (VSV) that carry the envelopes of select agent encephalitic viruses  (Eastern Equine Encephalitis, Western Equine Encephalitis, and Venezuelan Equine Encephalitis).  We will  use cell and molecular methods to define and compare the infection phenotypes of the cells and viruses.  Tissue engineering and genetics will be combined by performing CRISPR­Cas9 screens to identify genes that  regulate or are regulated by virus infection, and then generating “knockout” organoids to test function in a  three­dimensional tissue. The organoid human tissue model will also be used to evaluate a number of antiviral  compounds to validate its potential use as a drug testing platform. If successful, this Center will yield significant  new data and be an integral component of a network of Human Tissue Models for Infectious Diseases.