像人类免疫缺陷病毒(HIV)这样的病原体的传播通常在试管中进行研究，即在二维细胞培养中，即使它几乎不能反映人体中更复杂的条件。利用创新的细胞培养系统，定量图像分析和计算机模拟，海德堡大学的跨学科科学家团队现在已经探索了HIV如何在三维组织样环境中传播。研究人员的研究结果表明，组织结构迫使病毒通过直接的细胞间接触传播。

尽管已经进行了30多年的研究，但仍然没有理解艾滋病病毒(即获得性免疫缺陷综合症(艾滋病)传播的病因)的许多关键方面。其中一个未解决的问题涉及病毒与人体内环境之间的相互作用。传统上，人们一直认为受感染的细胞会释放病毒颗粒，然后扩散并最终感染其他细胞。但也有可能通过紧密接触将病毒颗粒从一个感染细胞直接转移到下一个感染细胞。到目前为止，尚不清楚这些传播模式中的哪一种在组织中占优势。研究主任教授解释说：“实验室中HIV复制的研究主要是在塑料培养皿中进行简单的细胞培养实验，这些实验不能反映复杂的结构和组织的异质性”。

在他们的方法中，海德堡研究人员考虑到所谓的CD4 T辅助细胞，即被HIV感染的优选细胞类型，在其生理环境中具有高度运动性。他们使用了一种新的细胞培养系统，其中在胶原蛋白的帮助下产生了三维支架。这允许在数周的过程中维持细胞的移动性并监测在组织样环境中感染HIV-1的原代CD4T细胞。研究人员利用这种创新方法测量了许多表征细胞运动，病毒复制和CD4 T辅助细胞逐渐丧失的因素。“这产生了一组非常复杂的数据，如果没有其他学科的科学家的帮助，这些数据无法解释”，Andrea Imle博士解释说，

在分析数据时，进行实验的科学家与图像处理，理论生物物理学和数学建模领域的同事合作。他们一起能够描述细胞和病毒的复杂行为，并在计算机上进行模拟。这使得有可能对确定HIV-1在这些3D培养物中传播的关键过程做出重要预测，这些过程通过后续实验得到证实。“我们的跨学科研究是一个很好的例子，说明实验和模拟的迭代循环如何有助于定量分析复杂的生物过程”，海德堡大学理论物理研究所的Ulrich Schwarz博士说。

数据分析显示细胞培养系统的3D环境抑制无细胞病毒的感染，同时促进病毒从细胞到细胞的直接传播。“我们的模型使我们能够将短单细胞显微镜薄膜与长期细胞群测量相结合，从而估计细胞与细胞接触传播感染所需的最短时间跨度”，BioQuant中心的Frederik Graw博士解释说。海德堡大学。研究人员希望这些研究结果最终将导致治疗HIV的新治疗方法。