Imuni sistem je veoma komplikovan, ali sada je na čipu

Kao što je pandemija COVID-19 jasno pokazala, nauka još uvek ne razume u potpunosti sofisticirane odbrambene mehanizme koji nas štite od napadača mikroba.

Limfoidni folikuli u mikrofluidnom organskom čipu repliciraju ljudske imunološke funkcije i odgovore na vakcinu

Zašto neki ljudi ne pokazuju simptome kada su zaraženi SARS-CoV-2, dok drugi pate od jake groznice i bolova u telu? Zašto neki podlegnu citokinskim olujama koje telo stvara? Još uvek nam nedostaju tačni odgovori na ova pitanja. Danas naučnici, međutim, imaju novi alat koji će im pomoći da otkriju misterije imunog sistema, zahvaljujući grupi istraživača sa Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering at Harvard University. Uzgajali su ljudske B i T ćelije unutar mikrofluidnog Organ Chip uređaja i naterali ih da spontano formiraju funkcionalne limfoidne folikule – strukture koje se nalaze u limfnim čvorovima i drugim delovima ljudskog tela koji posreduju u imunološkim odgovorima. Sastoje se od različitih komora koje sadrže „naivne“ B ćelije i T ćelije, koje zajedno pokreću kaskadu događaja koji dovode do potpunog imunološkog odgovora kada su izloženi specifičnom antigenu.

Osim što omogućavaju istraživačima da ispitaju normalnu funkciju imunog sistema, ovi čipovi limfoidnog folikula (LF) se takođe mogu koristiti za predviđanje imunoloških odgovora na različite vakcine i pomoći u odabiru najboljeg učinka, nudeći značajno poboljšanje u odnosu na postojeće pretkliničke modele. Dostignuće je objavljeno u Advanced Science.

Životinje su bili zlatni standardni istraživački modeli za razvoj i testiranje novih vakcina, ali njihov imuni sistem se značajno razlikuje od našeg i ne predviđaju tačno kako će ljudi reagovati na njih. LF čip nudi način da se modelira složena koreografija ljudskih imunih odgovora na infekciju i vakcinaciju, i mogao bi značajno da ubrza tempo i kvalitet stvaranja vakcine u budućnosti. Kao i mnoga velika naučna otkrića, projekat LF Chip je rezultat slučajnosti u laboratoriji. Naučnici Instituta Wyss želeli su da istraže kako će B i T ćelije koje kruže krvlju promeniti svoje ponašanje kada uđu u tkivo, pa su te ćelije dobili iz uzoraka ljudske krvi i kultivisali ih u mikrofluidnom Organ Chip uređaju kako bi replicirali fizički stanja koja bi iskusili kada bi naišli na organ. Kada su ćelije postavljene u jedan od dva kanala unutar uređaja, ništa se značajno nije dogodilo – ali kada su istraživači pokrenuli protok medijuma za kulturu kroz drugi kanal da bi nahranili ćelije, bili su iznenađeni kada su videli da su B i T ćelije počele da se spontano samoorganizuju u 3D strukture unutar Organ Chip-a, koje su izgledale slične „germinativnim centrima“ – strukturama unutar LF u kojima se odvijaju složene imunološke reakcije.

Kada su istraživači počeli da istražuju misteriozne strukture koje su se formirale unutar Organ Chip-a u uslovima protoka, otkrili su da ćelije luče hemikaliju zvanu CXCL13. CXCL13 je obeležje formiranja LF, kako unutar limfnih čvorova, tako i u drugim delovima tela kao odgovor na hroničnu upalu, kao što je rak i autoimuna stanja. Tim je takođe otkrio da B ćelije unutar LF-a koje su se samosastavljale na čipu takođe eksprimiraju enzim koji se zove citidin deaminaza (AID) izazvana aktivacijom, koji je kritičan za aktiviranje B ćelija protiv specifičnih antigena i nije prisutan u B ćelijama koje su cirkulišu u krvi. Ni CXCL13 ni AID nisu bili prisutni u ćelijama koje su uzgajane u standardnoj 2D posudi, što sugeriše da su naučnici zaista uspešno kreirali funkcionalne LF od cirkulišućih krvnih zrnaca. U LF u ljudskom telu, aktivirane B ćelije sazrevaju i diferenciraju se u više tipova ćelija potomaka uključujući plazma ćelije, koje luče velike količine antitela protiv specifičnog patogena. Tim je otkrio prisustvo plazma ćelija u LF čipovima nakon što su primenili nekoliko stimulansa korišćenih u laboratoriji za aktiviranje B ćelija, kao što je kombinacija citokina IL-4 i anti-CD40 antitela, ili mrtvih bakterija. Zanimljivo je da su plazma ćelije bile koncentrisane u klasterima unutar LF, kao što bi bile in vivo.

Ova otkrića su bila posebno uzbudljiva jer su potvrdila da imamo funkcionalni model koji bi se mogao koristiti za otkrivanje nekih složenosti ljudskog imunog sistema, uključujući njegove odgovore na više vrsta patogena. Sada kada su naučnici imali funkcionalan LF model koji bi mogao da pokrene imuni odgovor, istražili su da li se njihov LF čip može koristiti za repliciranje i proučavanje odgovora ljudskog imunog sistema na vakcine. U ljudskom telu, vakcinacija indukuje posebne ćelije zvane dendritske ćelije da preuzmu ubrizgani patogen i migriraju u limfne čvorove, gde na svojoj površini predstavljaju njihove fragmente. Tamo, ove ćelije koje predstavljaju antigen aktiviraju B ćelije uz pomoć lokalnih T ćelija u LF, uzrokujući da se B ćelije diferenciraju u plazma ćelije koje proizvode antitela protiv patogena.

Da bi ponovili ovaj proces, istraživači su dodali dendritske ćelije u LF čipove zajedno sa B i T ćelijama od četiri odvojena ljudska donora. Zatim su inokulirali čips vakcinom protiv soja gripa H5N1 zajedno sa adjuvansom zvanim SWE za koji se zna da podstiče imuni odgovor na vakcinu. LF čipovi koji su primili vakcinu i adjuvans proizveli su značajno više plazma ćelija i antitela protiv gripa nego B i T ćelije uzgajane u 2D kulturama ili LF čipovi koji su primili vakcinu, ali ne i pomoćno sredstvo. Nalet napora za razvoj vakcine izazvan pandemijom COVID-19 bio je impresivan po svojoj brzini, ali povećana potražnja je iznenada učinila da tradicionalni životinjski modeli postanu oskudni resursi. LF Chip nudi jeftiniji, brži i prediktivniji model za proučavanje imunoloških odgovora ljudi na infekcije i vakcine.

Izvor: Wyss.harvard