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3D打印“迷你大腦” 解密寨卡病毒

寨卡，一種通過蚊蟲進行傳播，癥狀與登革熱相似的病毒，目前已經在美洲、非洲及亞洲等32個國家和地區大規模傳播。

去年春天，巴西確診第一例寨卡病毒感染，之後病毒開始在南美洲快速蔓延暴發，自此，寨卡病毒再次進入人類視野。盡管目前尚未發現寨卡病毒對一般成人有致命危害，但是孕婦一旦感染，部分新生兒將會在出生20小時內死於小頭畸形。

目前世界上仍未研發出能夠有效對抗寨卡病毒的疫苗，這是最讓研究人員感到擔心的事情，因此今年2月1日世界衛生組織將寨卡病毒列為國際醫療緊急事件之一。到目前為止，感染最嚴重的巴西感染人數約為150萬人，其中已有3500例新生兒小頭癥病例，而一些新生兒因為小頭畸形問題嚴重而死亡。

但是最近，寨卡病毒的研究有了突破性的進展。4月22日，在美國工作的多名華人科學家在新一期美國《細胞》雜誌上宣布，他們借助3D打印“造屋”技術，培育出了一種低價的“迷你大腦”，可用於研究寨卡病毒如何引起新生兒小頭癥和其他出生缺陷。

雖然“迷你大腦”已問世多年，但由於此前的培養容器有可樂罐那麽大，因此價格特別昂貴，很多實驗室都沒有能力去做。而此次華人團隊利用3D打印機制造出只有手指頭那麽大的培養容器，可大批量培養出綠豆大小的“迷你大腦”，成本大幅降低。

這項發現由美國約翰斯·霍普金斯大學的一對中國夫婦共同發現——宋洪軍與明國莉兩位教授。他們發現寨卡病毒會感染嬰兒大腦皮質層的特殊的幹細胞，通過3D打印的迷你大腦，他們能夠準確地看見懷孕的不同階段的感染狀況。

根據文章，這個“迷你大腦”是用人體多能幹細胞制成的，與發育中的胎兒大腦很相似，其中包含幹細胞、新產生的神經元，還有類似大腦皮層的分層結構。現在，這種“迷你大腦”可以長到20多周，能用於模擬研究在懷孕早期及中期寨卡病毒對胎兒的影響。

“如果感染發生在非常早期，病毒一般會感染迷你大腦的神經祖細胞並且感染會非常嚴重。一段時間之後，迷你大腦將會停止生長，(現實情境下)此時孕婦就會出現流產。”明國莉說，“但是如果感染發生在懷孕三個月到六個月情況會好一些，寨卡病毒仍傾向於感染神經祖細胞，但是同時也會感染其他神經細胞，結果‘迷你大腦’的尺寸可能會更小一些，相當於小頭癥。”

這些結果與現實中病毒感染孕婦的情況非常接近，這證明了孕期越早感染，就越嚴重。

盡管這項研究並不能治愈寨卡，但是這對寨卡病毒的研究有非常重大的意義。

“寨卡病毒最早是1947年在烏幹達的一種獼猴中發現的，其3D結構模型早在2009年，與HIV、埃博拉一起就被科學家研究出來。寨卡病毒直徑約50納米，大約是HIV病毒的兩個半大小。病毒包括E、M、C三種不同類型的蛋白質。”美國佐治亞理工大學神經生物學博士仲薇薇對《第一財經日報》記者表示。

據了解，在寨卡病毒的3D模型中，E和M表層蛋白形成的球形外殼會幫助病毒在感染的時候進入受體細胞。而寨卡病毒的基因組是由連接著衣殼蛋白的單鏈RNA組成的，一旦進入宿主細胞，RNA就能夠穩定地進行與蛋白質的合成。不同於E、M、C三種結構蛋白，寨卡病毒的RNA能夠編碼7種並未在病毒結構中出現的7種其他蛋白。這些非結構蛋白控制著病毒的複制，抑制免疫反應。

在人體內，寨卡病毒顆粒首先侵染樹狀細胞然後通過血液流動進入其他組織器官。但可惜的是，由於目前有關寨卡病毒結構的信息非常有限，因此目前寨卡的3D模型是基於相關黃熱病毒、西尼羅河病毒、登革熱病毒的結構而建成。

“VisualScience科學建模部的計算機生物學家使用結構生物信息學的方法預測了寨卡蛋白的可能結構，事實上，這些方法不僅僅在基礎科研領域廣泛應用，並且也應用在藥物研發、分子相互作用研究方面。”仲薇薇說。