Quando sono due, la maggior parte dei bambini ha contratto il virus respiratorio sinciziale (RSV) e ha manifestato sintomi non peggiori di un brutto raffreddore. Ma per alcuni bambini, soprattutto i bambini prematuri e quelli con condizioni di salute pregresse, L'RSV può portare a polmonite e bronchite, che possono richiedere il ricovero in ospedale e avere conseguenze a lungo termine.

Una nuova tecnica per studiare la struttura del virione RSV e l'attività di RSV nelle cellule viventi potrebbe aiutare i ricercatori a svelare i segreti del virus, compreso il modo in cui entra nelle cellule, come si replica, quanti genomi inserisce nei suoi ospiti e forse perché alcune cellule polmonari sfuggono all'infezione relativamente indenni. Ciò potrebbe fornire agli scienziati le informazioni di cui hanno bisogno per sviluppare nuovi farmaci antivirali e forse anche un vaccino per prevenire gravi infezioni da RSV.

"Vogliamo sviluppare strumenti che ci permettano di capire come funziona davvero il virus, " disse Filippo Santangelo, professore associato presso il dipartimento di ingegneria biomedica di Wallace H. Coulter presso la Georgia Tech e la Emory University. "Dobbiamo davvero essere in grado di seguire l'infezione in una singola cellula vivente senza influenzare il modo in cui il virus infetta i suoi ospiti, e questa tecnologia dovrebbe permetterci di farlo".

La ricerca è stata supportata dal National Institute of General Medical Sciences del National Institutes of Health e pubblicata online prima della stampa sulla rivista ACS Nano il 30 dicembre, 2013. Mentre RSV sarà il primo obiettivo del lavoro, i ricercatori ritengono che la tecnica di imaging che hanno sviluppato potrebbe essere utilizzata per studiare altri virus a RNA, comprese l'influenza e l'ebola.

"Abbiamo dimostrato che possiamo etichettare il genoma usando le nostre sonde, " ha spiegato Santangelo. "Quello che abbiamo imparato da questo è che il genoma viene incorporato nel virione, e che le particelle virali create sono infettive. Siamo stati in grado di caratterizzare alcuni aspetti della particella virale stessa a super-risoluzione, fino a 20 nanometri, utilizzando la microscopia a ricostruzione ottica stocastica diretta (dSTORM)".

RSV può essere difficile da studiare. Per una cosa, la particella infettiva può assumere forme diverse, che vanno da filamenti da 10 micron a sfere ordinarie. Il virus può inserire più di un genoma nelle cellule ospiti e l'orientamento e la struttura dell'RNA sono disordinati, che rende difficile la caratterizzazione.

Il gruppo di ricerca, che includeva scienziati della Vanderbilt University e della Emory University, ha utilizzato una tecnologia a sonda che si attacca rapidamente all'RNA all'interno delle cellule. La sonda utilizza più fluorofori per indicare la presenza dell'RNA virale, consentendo ai ricercatori di vedere dove va nelle cellule ospiti e di osservare come le particelle infettive lasciano le cellule per diffondere l'infezione.

"Essere in grado di vedere il genoma e l'RNA della progenie che proviene dal genoma con le sonde che usiamo ci dà davvero molte più informazioni sul ciclo di replicazione, "Santangelo ha detto. "Questo ci dà molte più informazioni su ciò che sta realmente facendo il virus. Se possiamo visualizzare la voce, assemblaggio e replicazione del virus, questo ci permetterebbe di decidere cosa seguire per combattere il virus".

La ricerca dipendeva da un nuovo metodo per etichettare i virus a RNA utilizzando sonde di imaging a RNA tetravalenti multimarcate (MTRIPS). Le sonde sono costituite da una combinazione chimerica di DNA e RNA oligonucleotidi marcati internamente con fluorofori tetravelicamente complessati alla neutravidina. La combinazione chimerica è stata utilizzata per aiutare le sonde a eludere le difese cellulari.

"Ci sono molti sensori nella cellula che cercano RNA e DNA estranei, ma alla cella, questa sonda non assomiglia a niente, — spiegò Santangelo. — La cellula non vede l'acido nucleico come estraneo.

Introdotto nelle cellule, le sonde si diffondono rapidamente attraverso una cellula infettata da RSV e si legano all'RNA del virus. Sebbene vincolante strettamente, la sonda non influisce sulle normali attività del virus e consente ai ricercatori di seguire l'attività per giorni utilizzando tecniche di microscopia standard. L'MTRIPS può essere utilizzato per completare altre sonde tecnologiche, come GFP e nanoparticelle d'oro.

Il lavoro svolto dallo studente laureato Eric Alonas per concentrare il virus è stato essenziale per il progetto, disse Santangelo. La concentrazione doveva essere effettuata senza influire negativamente sull'infettività del virus, che avrebbe influito sulla sua capacità di entrare nelle cellule ospiti.

"Ci è voluto un bel po' di lavoro per ottenere le tecniche giuste per concentrare la RSV, ", ha detto. "Ora possiamo produrre molti virus infettivi etichettati e che possono essere conservati in modo da poterli utilizzare quando vogliamo".

Per studiare il progresso dell'infezione nelle singole cellule, i ricercatori hanno affrontato un'altra sfida:le cellule viventi si muovono, e seguirli complica la ricerca. Per affrontare quel movimento, il laboratorio di Thomas Barker – anche nel dipartimento Coulter – ha utilizzato la fibronectina micro-modellata su vetro per creare "isole" da 50 micron che contenevano le cellule durante lo studio.

Tra i misteri che i ricercatori vorrebbero affrontare c'è il motivo per cui alcune cellule polmonari sono gravemente infette, mentre altre sembrano sfuggire agli effetti negativi.

"Se guardi un campo di cellule, vedi enormi differenze da cella a cella, e questa è una cosa che non si capisce per niente, " ha detto Santangelo. "Se riusciamo a capire perché alcune cellule stanno esplodendo con il virus mentre altre no, forse possiamo trovare un modo per aiutare i cattivi ad assomigliare di più a quelli buoni".

Oltre a quelli già citati, il gruppo di ricerca includeva James Crowe, professore di pediatria alla Vanderbilt University; Elisabetta Wright, professore assistente presso la Facoltà di Medicina della Emory University; Daryll Vanover, Jeena Jung, Chiara Zurla, Jonathan Kirschman, Vincenzo Fiore, e Alison Douglas del Dipartimento di Ingegneria Biomedica di Wallace H. Coulter presso la Georgia Tech e la Emory University; Aaron Lifland e Manasa Gudheti di Vutara Inc. a Salt Lake City, e Hong Yi della Emory University School of Medicine.

Una delle sfide dello studio dell'RSV è mantenere la sua attività in laboratorio, un problema che i genitori di bambini piccoli non condividono.

"Quando gestisci questo virus in laboratorio, bisogna stare sempre attenti che perda infettività, " osservò Santangelo. "Ma se prendi una stanza piena di bambini che non sono stati infettati e fai entrare un bambino infetto nella stanza, 15 minuti dopo tutti i bambini saranno contagiati".