Nanocrystal Quantum Dot Biomimetics of SARS-CoV-2 to Interrogate Neutrophil-Mediated Neuroinflammation at the Blood-Brain Barrier

SARS-CoV-2 的纳米晶量子点仿生学研究中性粒细胞介导的血脑屏障神经炎症

基本信息

  • 批准号:
    10510611
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 42.35万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-08-15 至 2024-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY/ABSTRACT Public/health/relevance: Chronic, or recurring, neurological deficits in 60% of recovered COVID-19 patients are now an unmet medical need to treat the aftermath of SARS-CoV-2 infection of the central nervous system (CNS). A recent study from Germany suggests that these symptoms persist beyond a year, similarly to patients suffering from chronic symptoms due to SARS-CoV-1 infection. Thus, there is clear need for interventions against chronic neurologic symptoms after COVID. Elucidating the mechanism for SARS-CoV-2 impact on the CNS is essential to inform the design of such interventions. Objective: This proposal aims to identify a pathway for SARS-CoV-2’s effects on the CNS through a dysregulated blood-brain barrier (BBB) mediated by a neutrophil-dependent “storm” of bradykinin (BK). We hypothesize that this storm induces neuroinflammation that ultimately disrupts normal neuronal signaling, providing the substrate for enduring neurological symptoms. Research Plan: Recent studies have reported altered integrity of the BBB in response to the spike (S) protein of SARS-CoV-2, thereby suggesting a neuroinvasive pathway for SARS-CoV-2 or inflammatory immune cells through the BBB. In line with these observations, this proposal will investigate how pro-inflammatory mediators associated with COVID infection activate neutrophil-mediated upregulation of BK; this leads to an increased permeability through paracellular gaps across the BBB due to dysregulated tight junctions (TJs). Such a model aligns with the upregulated levels of BK observed in bronchoalveolar fluid taken from COVID-19 patients coupled with the ability of neutrophils to engage the kinin system to remodel endothelial barriers in acute inflammation. As a proxy for native SARS-CoV-2, we will construct S protein coated quantum dots as high fidelity biomimetics of SARS-CoV-2 to investigate the size and structural constraints regulating SARS-CoV-2 permeability across the BBB. These constructs will be used to bias neutrophils to a pro-inflammatory state in the presence of relevant kallikrein-kinin factors to increase the permeability of cultured bEnd.3 monolayers, a high-fidelity in vitro model system for murine BBB. A leakier BBB will be indicated by increased permeability of our fluorescent SARS-CoV-2 biomimetic and corroborated with complementary measurements of global barrier health, as measured by transendothelial electrical resistance (TEER). Lastly, we will construct a correlated scanning ion conductance and confocal microscope system to examine the heterogeneity of dysregulated barrier function and the specific nanoscale changes in TJ expression and localization that regulate it.
项目摘要/摘要 公共/健康/相关性:60%的COVID-19患者中有60%的慢性或经常性神经系统防御 现在是未满足的医疗需要治疗中枢神经系统的SARS-COV-2感染的后果 (CNS)。德国最近的一项研究表明,这些症状持续了一年,与患者类似 患有SARS-COV-1感染引起的慢性症状。那显然需要干预 反对慢性神经系统症状。阐明SARS-COV-2的机制对 中枢神经系统对于告知此类干预措施的设计至关重要。 目的:该提案旨在通过A来确定SARS-COV-2对CNS的影响的途径 由中性粒细胞依赖性的Bradyinin(BK)介导的血脑屏障(BBB)失调。我们 假设这场风暴会诱导神经炎症,最终破坏正常的神经元信号传导, 提供持久神经符号的基板。 研究计划:最近的研究报道了BBB对峰值蛋白的完整性的改变 SARS-COV-2,因此提出了SARS-COV-2或炎性免疫细胞的神经侵染途径 通过BBB。根据这些观察结果,该提案将研究促炎性调解人 与共同感染有关激活中性粒细胞介导的BK上调;这导致增加 由于紧密连接(TJS)失调,通过跨BBB的细胞细胞间隙渗透性。这样的模型 与从COVID-19患者取的支气管肺泡液中观察到的更新水平的BK级别对齐 嗜中性粒细胞使Kinin系统在急性炎症中重塑内皮屏障的能力。 作为天然SARS-COV-2的代理,我们将构建S蛋白涂层量子点作为高保真仿生型 SARS-COV-2研究调节整个SARS-COV-2渗透性的大小和结构约束 BBB。这些结构将在存在的情况下将中性粒细胞偏向促炎状态 kallikrein-kinin因子增加了培养弯曲的渗透性。3单层,高保真的体外模型 鼠BBB的系统。 Leafier BBB将通过我们的荧光SARS-COV-2仿生型的渗透性提高,并通过全球屏障健康的完整测量来证实 跨内皮电阻(TEER)。最后,我们将构建相应的扫描离子电导 和共聚焦显微镜系统,以检查屏障功能失调的异质性和特定 纳米级变化的TJ表达和调节它的定位。

项目成果

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