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1. Transfecção de alta eficiência de células derivadas de HEK293T usando polietileeneimina ramificada (PEI)
NOTA: Realize todas as etapas em um gabinete de biossegurança utilizando a técnica asséptica padrão e os procedimentos BSL-2. Use células derivadas de HEK293T para transfecção e geração de vírus pseudotipados. Neste método, as células são transfectadas em placas de 6 poços tratadas em cultura celular. A solução de stock PEI é preparada conforme descrito anteriormente por Yang e colegas (2017)12. Antes de prosseguir com a transfecção tripla para gerar o pseudovírus, é recomendável otimizar a melhor proporção de DNA entre PEI e plasmídeo para garantir uma alta eficiência de transfecção (mais de 70-80%). Essa otimização deve ser feita pela transfecção de um plasmídeo que expressa proteína fluorescente verde (GFP) e, em seguida, verificando a proporção de células fluorescentes usando um microscópio de fluorescência. Para essa otimização, mantenha o DNA plasmídico constante em 2,5 μg por poço e teste várias quantidades de PEI, na faixa de 1-20 μL. Aqui estão as melhores condições para esses lotes de células e PEI, consistindo em 5 μL de solução de estoque PEI (1 mg/mL) e 2,5 μg de plasmídeo expressor de GFP por poço em uma placa de 6 poços.
- Semente 7,5 x10 células derivadas de 5 HEK293 por poço em uma placa de cultura de tecido de 6 poços, em volume total de 2 mL por poço de meio completo (DMEM-C: Dulbecco's Modified Eagle's Medium suplementado com 10% de soro fetal bovino (FBS) inativado por calor, 20 mM de ácido 4-(2-hidroxietil)-1-piperazina-etanosulfônico (HEPES), 100 IU/mL de penicilina e 100 μg/mL de estreptomicina) 24 h antes da transfecção.
NOTA: Ao semear células, evite mover a placa de cultura em movimentos circulares, pois isso pode causar agregação celular no centro dos poços, resultando em distribuição celular irregular e, consequentemente, menor eficiência de transfecção. Uma placa de 6 poços é suficiente para um experimento, incluindo um poço como controle celular (não transfectado), e o restante da placa para testar várias proporções de DNA de plasmídeos PEI.
- Incube as células a 37 °C com 5% de CO₂ durante a noite. No dia seguinte, certifique-se de que as células estejam aproximadamente 50-60% confluentes.
- No dia da transfecção, prepare os complexos de DNA do plasmídeo PEI em tubos microcentrífugos estéreis de 1,5 mL.
- Para cada poço, prepare um tubo de solução PEI contendo 5 μL de estoque PEI (1 mg/mL) em 50 μL de meio sérico reduzido, e um tubo de solução de DNA contendo 2,5 μg do plasmídeo expressor de GFP, em 50 μL do mesmo meio.
- Se vários poços forem transfectados, as soluções podem ser ampliadas de acordo. Misture cada tubo brevemente com o vórtice e gire para baixo por 5 segundos. Incube os tubos em temperatura ambiente (RT) por 10 minutos.
- Durante o período dessa incubação, remova cuidadosamente o meio de cada poço da placa de 6 poços, evitando a ruptura da monocamada celular. Substitua cuidadosamente por 1 mL/poço de meio de transfecção completo (DMEM-T, igual ao DMEM-C, mas sem antibióticos).
- Prepare o complexo de transfecção. Após os 10 minutos de incubação, adicione os 50 μl do tubo de solução de DNA ao tubo de solução PEI. Misture rapidamente pipetando para cima e para baixo seis vezes e incube em ritmo de descanso por exatamente 3 minutos. Imediatamente proceda a adicionar complexo em gota às células de cada poço correspondente.
- Sele as bordas da placa com parafilme e centrífuga a 1.000 x g por 30 minutos em RT, sem freio, usando um rotor oscilante e um balde de placa.
- Após a centrifugação, remova o parafilme suavemente e incube a placa a 37 °C, 5% de CO₂ por 3 horas.
- Após a incubação, remova suavemente o meio de transfecção de cada poço e substitua-o lentamente por 2 mL de DMEM-C pré-aquecido por poço.
- Incubar as células transfectadas a 37 °C com 5% de CO₂ por 48 horas.
- Avalie a eficiência da transfecção por expressão de GFP usando microscopia de fluorescência. A frequência das células fluorescentes deve ser superior a 70-80% (Figura 1). Isso é fundamental para a eficiência do próximo método na seção 2.
2. Geração de partículas pseudovirais pseudotipadas de espike- e VSV-G do SARS-CoV-2
NOTA: Este método utiliza o mesmo procedimento da seção 1, exceto que, em vez de usar o plasmídeo GFP, as células serão co-transfectadas com os três plasmídeos necessários para gerar vírus pseudotipados, usando as condições ótimas de transfecção para garantir alta eficiência de transfecção. O protocolo também utiliza células derivadas de HEK293T em placas de 6 poços, suficientes para as seguintes três condições necessárias: a) células não transfectadas (um poço), b) células transfectadas apenas com o plasmídeo de embalagem MLV e o vetor de transferência de repórter de luciferase (um poço; pseudovírus sem espinhos) e c) células transfectadas com esses dois plasmídeos e o plasmídeo expressor de picos para gerar vírus pseudotipados SARS-CoV-2 (quatro poços). O plasmídeo expressor de picos usado aqui codifica o pico da cepa de Wuhan do SARS-CoV-2, e contém modificações de sequência para permitir uma apresentação eficiente da proteína em PVs. O pseudovírus sem picos será necessário como controle posterior durante as infecções, para validar a entrada dependente do pico em células permissivas. De forma semelhante, VSV-G-PVs são gerados usando o mesmo desenho experimental para serem usados posteriormente como contra-triagem de potenciais compostos inibitórios. Se for necessário um volume maior de pseudovírus, o protocolo pode ser ampliado para duas placas de 6 poços, o que também pode ser prático para a etapa de centrifugação de placas.
- No dia anterior à transfecção, semente as células derivadas da HEK293T em duas placas de 6 poços, conforme descrito na seção 1. Use uma placa para a geração de SPIKE-PVs e a outra para os VSV-G-PVs.
- No dia da transfecção, prepare as misturas de transfecção conforme mostrado na Tabela 1, seguindo o passo 1.3.
NOTA: A solução PEI é preparada conformerelatado anteriormente 12. Plasmídeos pCMV-MLVgagpol e pTG-Luc foram obtidos de Millet e Whittaker8. O plasmídeo pVSV-G foi obtido de Gee et al 202013. Todos os plasmídeos devem ser preparados com antecedência como preparações de alta qualidade, livres de endotoxinas. Recomenda-se o uso de kits maxiprep comercialmente disponíveis, com uma etapa final de filtração estéril através de filtro de seringa de baixa ligação e 0,2 μm.
- Misture cada tubo conforme descrito na seção 1 e incube em RT por 10 minutos.
- Durante essa incubação, remova cuidadosamente o meio de cada poço das placas de 6 poços, evitando a perturbação da monocamada celular. Substitua lentamente por 1 mL de meio DMEM-T pré-aquecido em cada poço, garantindo que o meio desça pela parede do poço e não diretamente sobre as células.
- Prepare os complexos de transfecção conforme descrito na seção 1 e transfecte células usando o protocolo descrito anteriormente.
- Após a incubação de 48 horas pós-transfecção, colete os supernatantes, transfira-os para tubos centrífugas cônicos estéreis de 50 mL e centrifuge a 290 x g por 7 minutos a 4 °C. Colete o supernadante livre de células e filtre usando uma unidade de filtro de polivinilideno fluoreto (PVDF), estéril de 0,45 μm com tampo. Prepare alíquotas de 1 mL e armazene-as a -80 °C.
NOTA: Partículas pseudotipadas permanecem estáveis a -80 °C por vários meses. Evite ciclos repetidos de congelamento e descongelamento para preservar a infectividade.
| Para picos-PVs de SARS-CoV-2 (por poço) | Para VSV-G-PVs (por poço) | Para PVs sem picos (por poço) |
| Solução PEI: | | | |
| PEI (1 mg/ml)1 | 5 μL | 5 μL | 5 μL |
| Meio sérico reduzido | 45 μL | 45 μL | 45 μL |
| Solução de DNA plasmídico:2 | | | |
| pCMV-MLVgagpol | 0,79 μg | 0,79 μg | 0,79 μg |
| pTG-luc | 0,92 μg | 0,92 μg | 0,92 μg |
| Puno1-spike | 0,79 μg | - | - |
| pVSV-G | - | 0,79 μg | - |
| Meio sérico reduzido | até 50 μL | até 50 μL | Para 50 μL |
Tabela 1: Preparação de misturas de transfecção para geração de PVs.
3. Titulação de partículas pseudotipadas SARS-CoV-2 e VSV-G
NOTA: Esta etapa é essencial para confirmar que as partículas pseudotipadas produzidas são infecciosas e para determinar o volume efetivo mínimo necessário para aplicações posteriores, como a triagem de compostos. A titulação deve ser feita para cada novo lote de pseudovírus. Para isso, células altamente suscetíveis à infecção por SARS-CoV-2 (células HSI) são infectadas com quantidades decrescentes dos vírus pseudotipados. A entrada dos pseudovírus, mediada pela interação spike-humano ACE2, ou pelo VSV-G com outros receptores celulares, é monitorada 72 horas depois pela detecção da atividade da luciferase em um ensaio de luminescência.
- No dia anterior à transdução, seme 2,5 x 104 células HSI por poço em uma placa de cultura de tecido com 96 poços, em 50 μL de meio completo (DMEM-C). Prepare três poços para cada quantidade de pseudovírus a ser testada, incluindo poços para infecção, também com pseudovírus sem espinhos e para células não infectadas. Incube a placa a 37 °C com 5% de CO₂ durante a noite.
- No dia da transdução, descongele uma aliquota de cada lote de pseudovírus para testar no gelo e misture suavemente por inversão. Inclua também uma aliquota do controle sem picos. Adicione diretamente a cada poço várias quantidades da preparação do pseudovírus (100, 50, 25, 12,5, 6,2, 3,1, 1,5 e 0,8 μL). Ajuste os volumes de todos os poços para 150 μL com DMEM-C.
- Sele a placa com parafilme e centrífuga a 2.500 × g por 45 minutos em RT, sem freio.
- Remova o selo do parafilme e incube a placa por 72 horas a 37 °C, 5% de CO₂.
- Após a incubação, prepare-se para o ensaio de luciferase seguindo as instruções do fabricante. Descongelar substrato de luciferase (armazenado a -80 °C) e 5x tampão de lise para ensaio de luciferase (armazenado a -20 °C) e equilibrar em RT (10-15 min).
- Dilua o tampão de lise do ensaio de luciferase para 1x com água estéril. Prepare pelo menos 3 mL.
- Aspire e descarte lenta e cuidadosamente o sobrenadante de cada poço usando uma pipeta multicanal.
- Adicione 30 μL de 1x tampão de lise a cada poço usando uma pipeta multicanal. Coloque a placa em um agitador de placas por 10 minutos a 150 rpm, em RT. Verifique a lise completa sob um microscópio invertido (todas as células devem estar lisadas e não distinguíveis ao exame visual).
NOTA: Prepare o leitor de microplacas com antecedência para realizar a detecção de luminescência imediatamente após a adição do substrato, garantindo consistência e evitando a decomposição do sinal.
- Transfira os lisados para uma placa opaca branca de 96 poços.
- Adicione 50 μL de substrato de luciferase a cada poço e misture brevemente movendo a placa em movimentos circulares. Coloque a placa no luminômetro e meça a luminescência.
- Analise os dados obtidos.
- Verifique se os controles fornecem os valores esperados de luminescência. Certifique-se de que as células não infectadas apresentem valores de luminescência de fundo muito baixos.
NOTA: Células infectadas com pseudovírus sem espinho devem apresentar valores no nível das células não infectadas, e células infectadas com quantidades decrescentes de pseudovírus apresentador de espinhos devem apresentar valores altos de luminescência dependentes da dose (Figura 2). Os valores de luminescência gerados pelos VSV-G-PVs geralmente são muito maiores do que os dos spike-PVs, cerca de uma ou duas ordens de grandeza.
- Para triagens subsequentes, selecione a quantidade de pseudovírus que gera um sinal pelo menos cem a mil vezes maior que o das células não infectadas.
4. Triagem de compostos para inibição de entrada pseudoviral usando spike-PVs
- Semente 2,5 x 104 células HSI por poço em 50 μL de meio completo (DMEM-C) em uma placa de 96 poços, conforme descrito na seção 3. Incube durante a noite a 37 °C, 5% de CO₂.
- Considere um desenho de placas que inclui as colunas 1 a 11 para compostos mais pseudovírus, e a coluna 12 para os controles. Na coluna 12, aloque quatro poços para controle viral (apenas pseudovírus) e quatro poços para células não infectadas e não tratadas.
- No dia seguinte, prepare diluições seriadas (1:3) dos compostos a serem testadas, começando em 50 μM (concentrações finais durante infecções: 50, 16,6, 5,5, 1,8, 0,6, 0,2 e 0,06 μM), em DMEM-C contendo 0,5% de DMSO.
- Para conveniência, prepare diluições em uma "placa de diluição" separada de 96 poços, onde as diluições seriadas são feitas primeiro e depois transferidas (50 μL) para a placa contendo as células.
- Se o número de compostos for muito grande, na ordem de centenas ou mais, reduza essa primeira série de diluição para cerca de 4 pontos, usando um único poço por ponto de diluição, e considere uma pré-triagem. Depois, reteste os impactos potenciais usando diluições seriais de 7 pontos, 1:3, com três replicados, começando na mesma concentração de 50 μM.
- Uma vez que as diluições dos compostos estejam prontas, aspire suavemente o meio das células usando uma pipeta multicanal e adicione 50 μL de diluições compostas aos poços correspondentes. Incube por 1 hora a 37 °C, 5% de CO₂. Para controles na coluna 12, adicione apenas DMEM-C.
- Sem remover os compostos, adicione a cada poço a quantidade predeterminada de pseudovírus SARS-CoV-2 pseudotipado, em um volume de 50 μL de meio completo, contendo os compostos nas mesmas concentrações. Vede as placas com parafilme.
- Centrifuge a placa a 2.500 × g por 45 minutos em RT sem freio, depois remova o parafilme e incube a 37 °C, 5% deCO2 por 72 horas.
- Prossiga com a quantificação da infectividade baseada em luciferase, conforme descrito na seção 3.
- Realize análise de dados.
- Exporte valores de luminescência para uma planilha para formatar os dados para posterior importação em softwares de análise e gráficos.
- Prepare gráficos de barras que plotem a média de cada ponto de concentração, incluindo o erro padrão das barras médias. Plote também os valores obtidos de controles positivos (PVs sozinhos) e negativos (células não infectadas).
NOTA: Os resultados do ensaio são considerados válidos se 1) células não infectadas apresentarem valores muito baixos, 2) controles PVs mostrarem valores altos, 3) controle positivo da inibição (ou seja, arbidol ou hACE2-Fc) mostrar inibição da infecção, de forma dependente da dose (Figuras 3A, B).
- Depois, observe os valores produzidos por compostos desconhecidos para avaliar se há inibição e se há efeito dependente da dose. Se sim, submeta esses compostos a análises confirmatórias adicionais.
NOTA: Para confirmação adicional de possíveis impactos, siga os próximos passos. Primeiro, teste novamente os potenciais compostos de impactos conforme sugerido no passo 4.2. Se o efeito da resposta à dose for confirmado, então realize uma contra-triagem usando a mesma série de diluição, mas infectando com os VSV-G-PVs. Este teste é importante para verificar se a inibição de entrada é específica para a interação spike-ACE2, e não devido a interferência em qualquer outra etapa posterior da produção da luciferase nas células infectadas (Figuras 3A, B). Aqui, o composto positivo não deve apresentar atividade inibitória contra os VSV-G-PVs. Se for esse o caso, a mesma série de concentrações deve ser testada quanto à citotoxicidade usando um ensaio de viabilidade celular (ensaio MTT, mostrado na seção 5). Em resumo, um composto potencial de impacto deve apresentar inibição de SARS-CoV-2-spike-PVs, e nenhuma ou menor inibição de VSV-G-PVs, e nenhuma, ou pelo menos uma inibição muito mais fraca da viabilidade das células. Ajustar uma curva dose-resposta usando os dados de luminescência permitirá estimar a concentração inibitória metade máxima (IC50) para a inibição dos PVs, e uma concentração citotóxica semimáxima (CC50) a partir do ensaio de viabilidade. A razão CC50 / IC50 é usada para calcular o índice de seletividade (SI), que é um indicador importante da utilidade potencial do composto positivo. Para a análise das curvas dose-resposta e a estimativa do IC50 e CC50 , foram descritos procedimentos muitodetalhados 14.
5. Ensaio de viabilidade celular baseado em MTT
- Semeie 2,5 x 104 células HSI por poço em 50 μL de DMEM-C em uma placa de 96 poços. Incube a placa durante a noite a 37 °C, 5% de CO₂. Certifique-se de que as células estejam com cerca de 50% de confluência no dia seguinte. Preparar poços suficientes, considerando todas as diferentes concentrações do composto a serem avaliadas, células não tratadas e poços em branco contendo apenas meio, em triplicado. Testar os potenciais compostos de impacto nas mesmas concentrações avaliadas no ensaio de inibição de entrada PV.
- Após a incubação, remova cuidadosamente o meio e substitua-o por 100 μL de meio completo contendo diferentes concentrações do composto para avaliação, em 0,5% de DMSO.
- Centrifuge a placa a 2.500 × g por 45 minutos em RT sem freio e incube por 72 horas a 37 °C, 5% de CO₂. Essa etapa é incluída para lidar com as células exatamente como feito na seção anterior, exceto pela adição dos PVs.
- Prepare uma solução de MTT de 0,5 mg/mL usando DMEM. Esterilize filtrando por 0,2 μm e mantenha no escuro.
NOTA: 3-(4,5-Dimetil-2-tiazolil)-2,5-difenil-2H-brometo de tetrazólio (MTT) é sensível à luz. Deve ser mantido congelado, no escuro.
- Remova cuidadosamente o meio de cada poço e substitua por 100 μL de solução MTT. Incubar por 2 horas a 37 °C, 5% de CO2.
- Durante essa incubação, prepare uma solução de solubilização contendo 40 mM de HCl em álcool isopropílico.
- Remova cuidadosamente a solução MTT usando uma pipeta multicanal, sem perturbar os cristais de formazan no fundo de cada poço.
- Adicione 100 μL da solução de solubilização a cada poço. Embrulhe o prato em papel alumínio e coloque-o em um agitador de placas a 150 rpm por 15 minutos.
- Registre absorção em 570 nm e 630 nm.
- Realize análise de dados.
- Usando os valores brutos da densidade óptica, subtraia os valores obtidos a 630 nm daqueles obtidos a 570 nm para cada poço. Depois, faça a média dos valores corrigidos dos poços de células não tratadas. Considere essas células não tratadas 100% viáveis.
- Em seguida, normalize os valores das células tratadas em relação aos poços das células não tratadas, usando a fórmula:
Viabilidade (%) = 
- Plote as porcentagens de viabilidade como barras que representam a média de réplicas ±± erro padrão da média. Realize análises estatísticas adicionais para comparar grupos usando procedimentos implementados em software de análise de dados e gráficos, comparando viabilidades em diferentes concentrações com o controle das células não tratadas.
- Compare as médias de cada ponto de concentração com as das células tratadas apenas com DMSO usando Kruskal-Wallis não paramétrico com o pós-teste de Dunn (as diferenças são consideradas significativas em valores p < 0,05). Para traçar uma curva dose-resposta e estimar o CC50 a partir dos valores de OD, verifique o procedimento relatado emoutros 14.