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人类鼻病毒（Human Rhinovirus，HRV）是一类无包膜、正链RNA病毒，属于Picornaviridae科Enterovirus属，是引起急性上呼吸道感染的最常见病原体，与下呼吸道感染、哮喘加重和慢性肺部疾病的恶化有关。HRV分为三个物种：HRV-A、HRV-B和HRV-C。其中，HRV-A和HRV-B包含约100种血清型，能够在永生化细胞系中轻易扩增，而HRV-C自2006年被识别以来，已有超过60种不同的HRV-C序列通过分子方法被报告。与HRV-A和HRV-B不同，HRV-C无法在标准细胞系中感染和复制，这在过去20年中一直是HRV-C研究的一个重大挑战。
在研究进展方面，尽管已有一些关于HRV-C的体外感染和有限扩增的报道，例如在手术切除的鼻窦粘膜和鼻息肉组织中成功扩增HRV-C15株，但这些方法存在病毒生长的显著变异性，可能与不同供体的组织有关，并且使用原组织进行病毒培养存在多个挑战，包括组织获取有限、标准化难度大以及实验过程中组织降解。此外，HRV-C不是唯一无法在标准细胞系中培养的病毒，其他具有呼吸道趋向性的人类病毒，如博卡病毒（Bocavirus）和人冠状病毒HKU1（Human Coronavirus HKU1），也无法感染永生化细胞系，除了在体外呼吸组织和原代空气道上皮细胞中；这些人类病毒尚未被培养用于全面调查。因此，迫切需要一个强大且易于获取的培养系统来扩增这些无法培养的病毒，这是理解这些致病微生物的第一步。
在这一背景下，研究者们开发了基于类器官的系统来可靠地扩增HRV-C，并在生理活性的呼吸道类器官中对HRV-C感染和先天免疫反应进行了全面表征。类器官（Organoids），也称为“迷你器官”，是从干细胞衍生的三维细胞团，包括胚胎干细胞、诱导多能干细胞和器官特异性成体干细胞。它们能够自我更新和自我组织成复杂的功能结构，再现相应组织和器官的细胞多样性和生理功能。研究者们建立了第一个人类呼吸道类器官培养系统，这些类器官来源于成体肺组织中的成体干细胞，具有高效率，可以稳定扩展超过半年。通过分化协议诱导长期可扩展的类器官成熟，生成模拟原生空气道和肺泡上皮的成熟空气道类器官和肺泡类器官。鼻腔类器官更准确地模拟上呼吸道上皮，与空气道类器官相比，鼻腔类器官在没有干预的情况下就能维持HRV-C的连续传代。
这项研究的价值和意义在于，它不仅提供了一个强大的HRV-C培养系统，而且还为研究HRV-C与其他无法培养的人类和动物病毒提供了新的途径。通过类器官培养系统，研究者们能够重建和扩增整个人类呼吸道上皮，这对于理解HRV-C的生物学特性、它们与人类呼吸道细胞的相互作用，以及针对这些常见呼吸道病原体的抗病毒策略的开发具有重大意义。
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在探索人类鼻病毒C型（HRV-C）的感染和传播机制的研究中，科学家们面临着一个关键问题：HRV-C作为一种难以在标准细胞系中培养的病毒，其与宿主细胞的相互作用以及感染机制尚不明确。基于此，研究者们提出了一个猜想或假说，即呼吸道类器官（包括空气道类器官和鼻腔类器官）由于能够模拟原生呼吸道上皮，可能对HRV-C具有易感性，并能够支持其复制和传代。
为了验证这一假说，研究者们采用了基于类器官的培养系统，通过将HRV-C临床样本接种到2D空气道类器官和鼻腔类器官上，监测病毒载量的变化来评估感染效率。结果显示，空气道类器官在CYT387介导的免疫抑制的帮助下能够维持HRV-C的连续传代，而鼻腔类器官则在没有任何干预的情况下就能实现这一点。此外，鼻腔类器官对HRV-C的易感性比空气道类器官更高，这可能与鼻腔类器官更接近上呼吸道的环境有关。
在结果分析与阐述方面，研究者们观察到，在HRV-C感染后，空气道类器官比鼻腔类器官表现出更强的先天免疫反应。这一发现在Poly(I:C)刺激实验中得到了再现，表明空气道类器官的这种免疫反应可能是其对HRV-C感染的内在特性。此外，通过使用α-CDHR3抗体和抗病毒药物处理，研究者们显著减少了HRV-C在空气道和鼻腔类器官中的生长，这为开发针对HRV-C的抗病毒策略提供了新的途径。
总结与结论部分，研究者们指出，他们成功开发了一种基于类器官的系统，能够可靠地扩增难以培养的HRV-C，并在生理活性的呼吸道类器官中对HRV-C感染和先天免疫反应进行了全面表征。这一系统不仅为理解HRV-C的生物学特性和开发抗病毒策略提供了重要工具，而且为研究其他无法培养的人类和动物病毒开辟了新的途径。
研究者们还提出了新的延伸问题和下一步实验的方向。例如，他们注意到HRV-C在37°C下的生长优于33°C，这与大多数鼻病毒的最佳生长温度不同，这一发现需要进一步的研究来验证。此外，他们还计划探索不同HRV-C亚型在呼吸道类器官中的复制效率和温度偏好，以及开发基于类器官的中和抗体评估实验，以评估疫苗血清和工程抗体对HRV-C的中和活性。
在这一研究中，关键性的图/表，如图1所示，提供了实验设计的概览，包括呼吸道类器官培养系统的示意图，以及空气道类器官感染HRV-C后的病毒载量变化图，为文字描述提供了证据性支撑。这些图表不仅展示了实验方法的合理性，也直观地反映了实验结果，使得研究的逻辑性和客观性得到了加强。
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在这项研究中，类器官或类器官芯片的培养步骤和应用目的具有重要意义。类器官，也称为“迷你器官”，是从干细胞衍生的三维细胞团，能够自我更新和自我组织成复杂的功能结构，再现相应组织和器官的细胞多样性和生理功能。在这项研究中，类器官被用于模拟和研究人类鼻病毒C型（HRV-C）的感染和传播机制。
培养步骤：
**类器官的建立与维持：**研究者们首先从手术切除的人类肺组织和非侵入性收集的健康捐赠者的鼻腔细胞中建立呼吸道类器官。这些类器官在特定的培养基中稳定扩增，能够长期维持其特性。
**类器官的分化：**未分化的肺和鼻腔类器官通过特定的分化协议被诱导成熟，形成模拟原生空气道和肺泡上皮的成熟空气道类器官和肺泡类器官。
**类器官的传代：**类器官每2到3周传代一次，根据使用的分裂方法（机械剪切或酶消化），传代比例在1:3到1:10之间。
**病毒感染：**成熟的空气道和鼻腔类器官被接种HRV-C临床样本，以模拟病毒感染过程。接种后，类器官在特定的培养条件下孵化，以支持病毒的附着和复制。
**免疫荧光染色和共聚焦成像：**为了识别病毒感染的细胞，类器官被固定、渗透、阻断，并用特定的一抗和二抗进行染色，随后使用共聚焦显微镜进行成像。
**流式细胞术分析：**感染或未感染的类器官被解离成单细胞，固定、渗透后用一抗和二抗进行染色，然后使用流式细胞仪进行分析。
**电子显微镜观察：**对病毒和模拟感染的空气道类器官进行固定，并通过超速离心浓缩病毒粒子，最后使用扫描和透射电子显微镜进行成像。
应用目的：
**模拟病毒感染：**类器官被用于模拟HRV-C在人类呼吸道上皮中的感染过程，提供了一个比传统细胞系更接近生理条件的模型。
**研究病毒-宿主相互作用：**通过类器官，研究者能够详细分析HRV-C与宿主细胞之间的相互作用，包括病毒的进入、复制和释放。
**评估抗病毒策略：**类器官提供了一个平台来测试和评估针对HRV-C的抗病毒药物和治疗策略。
**开发疫苗和抗体：**通过模拟病毒感染，类器官有助于评估疫苗血清和工程抗体对HRV-C的中和活性。
**研究病毒的生物学特性：**类器官被用于研究HRV-C的生物学特性，包括其在不同温度下的生长偏好和对不同呼吸道上皮细胞类型的感染效率。
通过这些培养步骤和应用目的，类器官技术在这项研究中提供了一个强大的工具，以深入理解HRV-C的感染机制，并为开发新的治疗和预防策略提供了可能。
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这项研究的特色与创新之处主要体现在以下几个方面：
类器官培养系统的开发：研究者们开发了一种基于呼吸道类器官的培养系统，这种系统能够稳定地扩增并模拟原生呼吸道上皮，为研究HRV-C提供了一个新颖的实验平台。
HRV-C的连续传代能力：该研究首次展示了在没有免疫抑制剂的情况下，鼻腔类器官能够连续传代HRV-C，这在标准细胞系中是无法实现的，为HRV-C的研究和理解提供了新的途径。
病毒-宿主相互作用的深入解析：通过呼吸道类器官，研究者们能够详细分析HRV-C与宿主细胞之间的相互作用，包括病毒感染后的免疫响应，这在以往的研究中难以实现。
抗病毒策略评估的新模型：研究中建立了一个基于类器官的系统，用于评估抗病毒药物对HRV-C的效果，这对于开发新的抗病毒治疗策略具有重要意义。
温度偏好的研究：该研究揭示了HRV-C与HRV-A在温度偏好上的差异，这一发现对于理解HRV-C的生物学特性和优化培养条件具有指导意义。
免疫反应的比较分析：研究者们比较了空气道类器官和鼻腔类器官在HRV-C感染后的免疫反应，揭示了不同呼吸道部位上皮细胞的免疫特性，这对于理解病毒如何在体内传播和引起疾病具有重要价值。
类器官芯片的应用：通过类器官芯片技术，研究者们能够在体外模拟病毒感染的动态过程，这对于研究病毒感染机制和筛选抗病毒药物具有创新性。
这些特色和创新点不仅推动了HRV-C研究的进展，也为其他难以培养的病毒的研究提供了新的思路和工具。
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尽管这项研究在HRV-C的研究领域取得了显著进展，但也存在一些不足之处，具体包括：
病毒株的限制：研究中使用的HRV-C临床样本数量有限，且只涵盖了部分亚型，这可能限制了对HRV-C多样性和不同亚型之间差异的全面理解。
长期培养的稳定性：虽然类器官能够模拟原生呼吸道上皮，但在长期培养过程中可能会发生遗传和表型的变化，这可能影响病毒与宿主相互作用的稳定性和可重复性。
免疫抑制剂的依赖性：空气道类器官需要CYT387介导的免疫抑制才能维持HRV-C的连续传代，这可能限制了对自然免疫反应在病毒感染中作用的理解。
温度偏好的普遍性验证：研究发现HRV-C在37°C下比33°C下生长更好，这一温度偏好是否适用于所有HRV-C亚型还需要进一步的验证。
临床相关性：虽然类器官提供了一个模拟人体环境的平台，但其与实际人体感染的临床相关性仍需通过更多的临床样本和数据来加强验证。
这些不足之处提示了未来研究的方向，包括扩大样本量、优化类器官培养条件、减少对免疫抑制剂的依赖、验证不同温度下病毒生长的普遍性，以及加强与临床数据的相关性研究。通过解决这些问题，可以进一步提高研究的深度和广度，为HRV-C的研究和治疗提供更加坚实的基础。
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这项研究通过开发和利用呼吸道类器官培养系统，不仅成功实现了难以培养的HRV-C的连续传代和感染机制研究，而且深入揭示了HRV-C与宿主细胞的相互作用以及病毒引起的免疫反应，为理解HRV-C的病理生物学、开发抗病毒策略以及未来疫苗的设计提供了一个创新且具有重要价值的平台，同时也为研究其他难以培养的人类和动物病毒开辟了新途径。
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