Sistemul imunitar uman crescut în laborator a descoperit un răspuns slab la pacienţii cu cancer. Modelele miniaturale ar putea accelera exponenţial dezvoltarea vaccinurilor, cercetarea în domeniul tratamentului cancerului şi îmbunătăţirea rezultatelor în materie de sănătate pentru o gamă largă de boli.
Pentru a înţelege mai bine de ce unii pacienţi bolnavi de cancer se luptă cu infecţiile, cercetătorii americani de la Georgia Tech au creat mici modele de sisteme imunitare umane, crescute în laborator.
Aceste modele miniaturale - cunoscute sub denumirea de organoizi imuni umani - imită mediul real în care celulele imune învaţă să recunoască şi să atace patogenii dăunători şi să răspundă la vaccinuri. Nu numai că aceşti organoizi sunt noi instrumente puternice pentru studierea şi observarea funcţiei imune în cancer, dar utilizarea lor este de natură să accelereze dezvoltarea vaccinurilor, să prezică mai bine răspunsul pacienţilor la tratamentul bolilor şi chiar să accelereze studiile clinice.
„Hidrogelurile sintetice creează un mediu inovator pentru organoizii imuni umani, permiţându-ne să modelăm producţia de anticorpi de la zero, mai precis şi pentru o durată mai lungă”, a declarat marţi Ankur Singh, profesor la departamentele de bioinginerie medicală de la Georgia Tech şi Emory, într-un comunicat.
„Pentru prima dată, putem recrea şi susţine procese imunologice complexe într-un gel sintetic, folosind sânge, şi putem urmări eficient răspunsurile celulelor B”, a adăugat el. „Aceasta este o schimbare radicală pentru înţelegerea şi tratarea vulnerabilităţilor imunitare la pacienţii cu limfom care au urmat un tratament împotriva cancerului - şi sperăm că şi a altor afecţiuni”.
Laboratorul american a creat sisteme imunitare cultivate în laborator care imită amigdalele umane şi ţesutul ganglionilor limfatici pentru a studia cu mai multă acurateţe răspunsurile imunitare.
Rezultatele cercetării lor, publicate în revista Nature Materials, marchează o evoluţie către modele in vitro care reprezintă mai fidel imunologia umană. Echipa a inclus, de asemenea, cercetători de la Universitatea Emory, Spitalul de Copii din Atlanta şi Universitatea Vanderbilt.
Proiectarea unui model miniatural al sistemului imunitar
Cercetătorii au fost inspiraţi să abordeze o problemă critică în ştiinţa biomedicală: rata scăzută de succes a traducerii descoperirilor preclinice din modelele animale în rezultate clinice eficiente, în special în contextul imunităţii, infecţiei şi răspunsurilor la vaccinuri.
„În timp ce modelele animale sunt valoroase pentru multe tipuri de cercetare, acestea nu reuşesc adesea să reflecte cu exactitate biologia imună umană reală, mecanismele de boală şi răspunsurile la tratament”, a precizat Monica (Zhe) Zhong, studentă la doctorat în bioinginerie şi primul autor al lucrării. „Pentru a aborda acest aspect, am conceput un nou model care reproduce cu fidelitate complexitatea unică a biologiei imune umane la nivel molecular, celular, tisular şi de sistem”, a precizat ea.
Echipa a utilizat hidrogeluri sintetice pentru a recrea un micromediu în care celulele B din sângele şi amigdalele umane se pot maturiza şi pot produce anticorpi. Atunci când celulele imune provenite de la donatori sănătoşi sau de la pacienţi cu limfom sunt cultivate în aceste medii gelatinoase, organoizii susţin o funcţie celulară mai îndelungată, permiţând desfăşurarea unor procese precum formarea şi adaptarea anticorpilor - similar cu corpul uman. Utilizarea organoizilor pentru pacienţii individuali ajută la estimarea modului în care persoana respectivă va răspunde la infecţie.
De asemenea, modelele permit cercetătorilor să controleze şi să testeze răspunsurile imunitare în diferite condiţii. Echipa a descoperit că nu toate sursele de ţesut sunt la fel, iar celulele amigdaliene s-au confruntat cu probleme de longevitate. Cercetătorii au folosit o configuraţie specializată pentru a studia modul în care celulele imunitare sănătoase reacţionează la semnalele care le ajută să lupte împotriva infecţiilor, care nu au reuşit să declanşeze acelaşi răspuns în celulele de la supravieţuitorii limfomului care se pare că şi-au revenit după tratamentul de imunoterapie.
Utilizând organoizi încorporaţi într-o nouă tehnologie de organ-imun-pe-cip, echipa a observat că celulele imune de la supravieţuitorii limfomului trataţi cu anumite imunoterapii nu se organizează în „zone” specifice, aşa cum ar face-o în mod normal într-un răspuns imun puternic. Această lipsă de organizare ar putea ajuta la explicarea unor provocări imunitare cu care se confruntă supravieţuitorii cancerului, aşa cum reiese din constatările clinice recente.
O tehnologie care „schimbă regulile jocului"
Această cercetare prezintă interes în primul rând pentru cercetătorii în domeniul bolilor infecţioase, cercetătorii în domeniul cancerului, imunologii şi profesioniştii din domeniul sănătăţii dedicaţi îmbunătăţirii rezultatelor pentru pacienţi. Prin studierea acestor sisteme imunitare în miniatură, specialiştii pot identifica motivele pentru care tratamentele actuale pot să nu fie eficiente şi pot explora noi strategii de îmbunătăţire a apărării imunitare.
„Pacienţii cu limfom trataţi cu terapii care vizează CD20 se confruntă adesea cu o susceptibilitate crescută la infecţii care pot persista ani de zile după terminarea tratamentului. Înţelegerea acestor efecte pe termen lung asupra răspunsurilor anticorpilor ar putea fi esenţială pentru îmbunătăţirea siguranţei şi a calităţii vieţii supravieţuitorilor limfomului”, a precizat dr. Jean Koff, conf. univ. dr. la departamentul de hematologie şi oncologie de la Institutul de cancer Winship al Universităţii Emory şi coautor al lucrării.
„Această tehnologie oferă perspective biologice mai profunde şi o modalitate inovatoare de a monitoriza recuperarea defectelor imunologice în timp, şi ar putea ajuta clinicienii să identifice mai bine pacienţii care ar beneficia de intervenţii specifice care reduc riscul de infecţie”, a adăugat Koff.
Un alt aspect cheie promiţător al cercetării este scalabilitatea sa: Un singur cercetător poate realiza sute de organoizi într-o singură şedinţă. Capacitatea modelului de a viza populaţii diferite - atât pacienţi sănătoşi, cât şi pacienţi imunodeprimaţi - îi sporeşte considerabil utilitatea pentru testarea vaccinurilor şi terapiilor.
Potrivit lui Singh, care conduce Centrul de imunoinginerie de la Georgia Tech, echipa avansează deja cercetarea către noi dimensiuni, inclusiv dezvoltarea de terapii celulare şi a unui model de sistem imunitar îmbătrânit pentru a aborda întrebări legate de îmbătrânire.
„La sfârşitul zilei, această lucrare afectează cel mai imediat pacienţii cu cancer şi supravieţuitorii, care se luptă adesea cu răspunsuri imune slăbite şi pot să nu răspundă bine la tratamentele standard, cum ar fi vaccinurile”, a explicat Singh. „Această descoperire ar putea conduce la noi modalităţi de stimulare a apărării imunitare, ajutând în cele din urmă pacienţii vulnerabili să rămână mai sănătoşi şi să se recupereze mai complet.”
Lucrarea a fost iniţial finanţată de programul Wellcome Leap HOPE. Echipa a primit recent un grant recent de 7,5 milioane de dolari de la Institutul Naţional de Alergii şi Boli Infecţioase din Statele Unite pentru continuarea acestor cercetări.
Imaginea din stânga arată organul imun-pe-cip, unde organoizii (dreapta) sunt crescuţi pentru a studia răspunsul donatorilor umani. Imaginea din dreapta arată dezvoltarea tipurilor de celule imunitare relevante pentru răspunsul anticorpilor. Credit: Ankur Singh, Institutul de Tehnologie din Georgia, noiembrie 2024.
