לכל אחד מאיתנו יש כ-600 בלוטות לימפה (LNs) – איברים קטנים בצורת שעועית המכילים סוגים שונים של תאי דם ומסננים נוזל לימפה – הפזורות בגופנו. רבים מאיתנו גם חוו חלק מה-LN שלנו להתנפח זמנית במהלך זיהומים עם וירוסים או פתוגנים אחרים. התרחבות LN זו וההתכווצות שלאחר מכן יכולים לנבוע גם מחיסונים המוזרקים בקרבת מקום, ולמעשה נחשבים כמשקפים את התגובה החיסונית המתמשכת של החיסון. בעוד שחוקרים חקרו את ההתרחבות המוקדמת של LNs לאחר חיסון, הם לא חקרו אם התרחבות LN ממושכת עלולה להשפיע על תוצאות החיסון.
כעת, לראשונה, חוקרים ממכון וויס להנדסה בהשראה ביולוגית באוניברסיטת הרווארד, בית הספר להנדסה ומדעים יישומיים של הרווארד ג'ון א. פולסון (SEAS), וג'ננטק, חבר בקבוצת רוש, מצאו דרך לשפר להרחיב את הרחבת LN, ולחקור כיצד תופעה זו משפיעה הן על המערכת החיסונית והן על יעילות החיסונים נגד גידולים. המפתח לגישתם היה ניסוח חיסון ביולוגי שאיפשר הרחבת LN גדולה ומתמשכת יותר מחיסוני בקרה סטנדרטיים. בעוד שה-LNs הגדולים שמרו על ארגון רקמות תקין, הם הציגו תכונות מכניות משתנות ואירחו מספרים גבוהים יותר של סוגים שונים של תאי חיסון המעורבים בדרך כלל בתגובות חיסון נגד פתוגנים וסרטן. חשוב לציין, התרחבות בלוטות הלימפה "התחילות קפיצה" לפני מתן חיסון מסורתי נגד אנטיגן מודל ספציפי למלנומה הובילה לתגובות אנטי-גידוליות יעילות ומתמשכות יותר בעכברים. הממצאים מתפרסמים ב טבע הנדסה ביו-רפואית.
"על ידי שיפור ההתרחבות הראשונית והממושכת של LNs עם פיגומים ביולוגיים, ניטור בלתי פולשני שלהם בנפרד על פני תקופות זמן ארוכות, ובדיקה עמוקה לתוך ארכיטקטורת הרקמות שלהם ואוכלוסיות תאי החיסון שלהם, אנו מתואמים הדוק התרחבות LN מתמשכת עם חיסון וחיסון חזק יותר. תגובות", אמר חבר סגל הליבה של מכון ויס, דיוויד מוני, Ph.D., שהוביל את המחקר. "זה פותח חזית חדשה של חקירה עבור אימונולוגים, ועשויות להיות לו השלכות מרחיקות לכת על פיתוחים עתידיים של חיסונים".
מוני הוא גם פרופסור משפחת רוברט פ. פנקס לביו-הנדסה ב-SEAS, וחוקר ראשי שותף של ה-NIH הממומן ומתואם על ידי וויס לשיפור האימונותרפיה (i3) מרכז.
הצוות של מוני במכון ויס וב-SEAS פיתח בעבר פיגומים ביולוגיים שונים כמטריצה לחיסונים לסרטן ולזיהומים. החוקרים הוכיחו את הפוטנציאל של תכשירי חיסונים ביו-חומריים להילחם בהצלחה בצמיחת גידולים במגוון רחב של עבודות שבוצעו במודלים פרה-קליניים של בעלי חיים ובניסוי קליני ראשון עם חולי סרטן. אבל הם עדיין לא חקרו כיצד החיסונים שלהם ואלו שפותחו על ידי אחרים יכולים להשפיע על התגובה של LNs המנקזים נוזל רקמה שדלף באתרי הזרקת חיסונים, ולהשפיע על ארגון רקמת LNs, סוגי תאים שונים וביטוי הגנים שלהם, אשר יכול בתורו להשפיע על יעילות החיסון. במחקר החדש שלהם, הם בדקו ניסוח חיסון שפותח בעבר, המבוסס על מוטות סיליקה מזופורית (MPS) בקנה מידה מיקרו, שניתן להזריק קרוב לגידולים וליצור מבנה פיגום תלת מימדי חדיר לתאים מתחת לעור. מהונדסים לשחרר ציטוקין מושך תאים חיסוניים (GM-CSF), ואדג'ובנט מפעיל תאים חיסוניים (CpG), ומולקולות של אנטיגן גידולים, חיסוני MPS מסוגלים לתכנת מחדש מה שנקרא מציג אנטיגן תאים שעם הגירה לתוך LNs בקרבת מקום, לתזמר תגובות חיסון מורכבות הורגות תאי גידול. המחקר החדש שלהם הראה שיש עוד היבטים למושג הזה.
"כפי שמתברר, התפקודים המחזקים את החיסון של חיסוני MPS בסיסיים משנים באופן פעיל את מצב ה-LNs על ידי הגדלה מתמדת של כל מבנה האיברים שלהם, כמו גם שינוי מכניקת הרקמות שלהם ואוכלוסיות ותפקוד תאי חיסון", אמר המחבר הראשון אלכסנדר. נג'יבי, Ph.D., שביצע את הדוקטורט שלו. עבודת גמר עם מוני.
בדיקת LN עם אולטרה-סאונד וננו-מכשירים
כדי להבין את התגובה של LNs לחיסוני MPS לאורך זמן, הצוות יישם טכניקת הדמיית אולטרה-סאונד הידועה בשם אולטרסאונד בתדר גבוה (HFUS). בדומה לניטור עובר זעיר המתפתח ברחם האם על ידי אולטרסאונד קליני, HFUS, בקנה מידה קטן בהרבה, מאפשר ניטור לא פולשני ולא הרסני של פרטים אנטומיים של רקמות ואיברים בבעלי חיים קטנים כמו עכברים. באמצעות HFUS, הצוות איתר LNs בודדים בעכברים שחוסנו MPS במשך 100 ימים. הם זיהו תקופת התרחבות שיא ראשונית שנמשכה עד היום ה-20, שבה נפחי LN גדלו בערך פי 7, יותר משמעותית מאשר בבעלי חיים שקיבלו תכשירי חיסון מסורתיים. חשוב לציין, ה-LNs של עכברים מחוסנים ב-MPS, בעוד שהם יורדים בנפחים לאחר התרחבות שיא זו, נותרו מורחבים יותר באופן משמעותי מאשר LNs של עכברים מחוסנים באופן מסורתי לאורך מהלך הזמן של 100 יום.
כאשר נג'יבי והצוות חקרו את התגובות המכניות של ה-LNs באמצעות מכשיר ננו-אינדנטציה, הם גילו כי LNs בחיות מחוסנות MPS, למרות ששמרו על מבנה תקין כללי, היו פחות נוקשים ויותר צמיגים במקומות מסוימים. זה לווה בארגון מחדש של חלבון שמרכיב ושולט על שלד הציטוס הפעיל מבחינה מכנית של התאים. מעניין לציין שהקבוצה של מוני הראתה במחקר ביולוגי מוקדם יותר ששינויים במאפיינים המכניים של הסביבה של תאי מערכת החיסון, במיוחד צמיגותם, משפיעים על התפתחות תאי חיסון ותפקודם.
יתכן מאוד שכדי להכיל את הצמיחה המשמעותית המושרה על ידי חיסוני MPS, LNs צריכים להיות רכים וצמיגים יותר, ושזה משפיע עוד יותר על גיוס, התפשטות והתמיינות של תאי חיסון בתהליך הזנה קדימה. "
אלכסנדר נג'יבי, Ph.D., מחבר ראשון
ממעורבות תאי חיסון ועד לתגובות חיסון
באופן מעניין, עם חיסון MPS, מספר "תאי החיסון המולדים", כולל מונוציטים, נויטרופילים, מקרופאגים וסוגי תאים אחרים שבונים את הגל הראשון של הגנות חיסוניות מפני פתוגנים ותאים לא רצויים, הגיעו לשיא הראשון בהרחבת LNs. שיא באיחור היו תאים דנדריטים (DCs), שבדרך כלל מעבירים מידע בצורה של אנטיגנים מפתוגנים פולשים ותאי סרטן ל"תאים חיסוניים אדפטיביים" אשר משגרים אחר כך גלים עוקבים של תגובות חיסוניות מאוד ספציפיות נגד הפולשים המייצרים אנטיגנים. למעשה, יחד עם DCs, גם סוגי תאי T ו-B של מערכת החיסון האדפטיבית התחילו להגיע למספרים הגבוהים ביותר שלהם. "זה היה מרתק לראות כיצד השינויים המובהקים באוכלוסיות תאי מערכת החיסון שזיהינו בהרחבת LNs בתגובה לחיסון MPS לאורך זמן, עוררו מחדש תגובה חיסונית טיפוסית לפתוגנים מדבקים", הגיב נג'יבי.
תאי חיסון מולדים ו-DCs ידועים גם בשם "תאים מיאלואידים", אשר ידועים באינטראקציה עם רקמת LN במהלך התרחבות מוקדמת. כדי להגדיר עוד יותר את ההשפעה של תאי מיאלואיד על התרחבות LN, הצוות של מוני שיתף פעולה עם הקבוצה של שאנון טורלי, Ph.D., סמנכ"ל אימונולוגיה ורפואה רגנרטיבית ב-Genentech, ומומחית בביולוגיה של בלוטות הלימפה ואימונולוגיה של גידולים. "החיסון MPS הוביל לשינויים מבניים ותאיים יוצאי דופן בתוך בלוטת הלימפה שתמכו בחסינות חזקה ספציפית לאנטיגן", אמר טורלי.
על ידי בידוד תאים מיאלואידים מ-LNs וניתוח פרופילי ביטוי הגנים של תאים בודדים (Single cell RNA-seq), הקבוצות הצליחו לשחזר שינויים ברורים באוכלוסיות תאים מיאלואידים במהלך התרחבות LN, וזיהו אוכלוסיות DC ברורות ב-LN מורחבים לאורך זמן שהשתנו. ביטוי גנים היה קשור להתרחבות LN. בנוסף, משתפי הפעולה מצאו שמספר המונוציטים גדל פי 80 עם חיסון MPS – העלייה הגבוהה ביותר מבין כל סוגי התאים המיאלואידים – והצביעו על תת-אוכלוסיות של "מונוציטים דלקתיים ומציגי אנטיגן" כמועמדים מבטיחים להקל על התרחבות LN. למעשה, כשהם דללו תת-אוכלוסיות ספציפיות של סוגים אלה של מונוציטים מדם במחזור של עכברים לאחר החיסון, השתנו התחזוקה של התרחבות LN ותזמון התגובה של תאי T לחיסון.
לבסוף, הצוות בדק האם הרחבת LN יכולה לשפר את יעילות החיסון. "התנעה" של מערכת החיסון ב-LN עם חיסון MPS נטול אנטיגן ולאחר מכן מתן האנטיגן בתבנית חיסון מסורתית שיפרו משמעותית את החסינות נגד גידולים והאריכו את ההישרדות של עכברים נושאי מלנומה, בהשוואה לחיסון המסורתי בלבד. . "התחילות של בלוטות הלימפה לחיסונים הבאים באמצעות פורמולציות שונות עשויה להיות פרי תלוי נמוך לפיתוח חיסונים עתידי", אמר מוני.
"היכולת החדשה הזו להרחיב פיזית את בלוטות הלימפה ולהגביר את הפעילויות החיסוניות השונות שלהן על פני קורסי טיפול ארוכים יותר, תוך שימוש בחומרים ביולוגיים מתוכננים וקלים לניהול, יכולה לספק דחיפה אדירה לטיפולים אימונותרפיים בחולים. זו גם עוד דוגמה מצוינת לאופן שבו המכניקה ממלאת תפקיד מפתח בוויסות של מערכות חיות, אפילו תגובות חיסוניות שבהן רק מעטים רואים רמזים פיזיים כחשובים", אמר מנהל מייסד וייס דונלד אינגבר, MD, Ph.D., שהוא גם יהודה פולקמן פרופסור לביולוגיה של כלי דם בבית הספר לרפואה של הרווארד ובבית החולים לילדים בבוסטון, וה Hansjörg Wyss פרופסור להנדסה בהשראה ביולוגית ב-SEAS.
מחברים נוספים במחקר הם ריאן ליין, מיגל סובראל, ג'ובאני בובונה, שון קאנג, בנג'מין פרידמן, ג'ואל גוטיירז אסטופינאן, אלברטו אלוסגי-ארטולה, כריסטינה טרינגידס, מקסנס דלאצ'רי, קתרין וויליאמס, חמזה איאז וסורן מולר. המחקר מומן על ידי המכון הלאומי לבריאות/המכון הלאומי לסרטן (פרס # U54 CA244726 ו-R01 CA223255).
