חוקרי ג'ורג'יה טק יוצרים מודלים שגדלו במעבדה של מערכות חיסון אנושיות

כדי להבין טוב יותר מדוע חלק מחולי סרטן נאבקים להדוף זיהומים, חוקרי ג'ורג'יה טק יצרו מודלים זעירים שגדלו במעבדה של מערכת חיסון אנושית.

דגמים מיניאטוריים אלה -; המכונה אורגנואידים חיסוניים אנושיים -; לחקות את הסביבה האמיתית שבה תאי החיסון לומדים לזהות ולתקוף פולשים מזיקים ולהגיב לחיסונים. לא רק שהאורגנואידים הללו הם כלים חדשים חזקים לחקר ותצפית על תפקוד מערכת החיסון בסרטן, השימוש בהם עשוי להאיץ את התפתחות החיסון, לחזות טוב יותר את התגובה לטיפול במחלה עבור חולים, ואף להאיץ ניסויים קליניים.

ההידרוג'לים הסינתטיים שלנו יוצרים סביבה פורצת דרך עבור אורגנואידים חיסוניים אנושיים, ומאפשרים לנו ליצור מודל של ייצור נוגדנים מאפס, ליתר דיוק, ולמשך זמן ארוך יותר".

אנקור סינג, פרופסור למשפחה של קרל רינג בבית הספר להנדסת מכונות של ג'ורג' וו. וודרף ופרופסור במחלקה להנדסה ביו-רפואית של וואלאס ה.

"לראשונה, אנו יכולים ליצור מחדש ולקיים תהליכים אימונולוגיים מורכבים בג'ל סינטטי, באמצעות דם, ולעקוב ביעילות אחר תגובות תאי B", הוסיף. "זהו מחליף משחק להבנה וטיפול בפגיעויות חיסוניות בחולים עם לימפומה שעברו טיפול בסרטן – ובתקווה שגם בהפרעות אחרות."

בראשותו של סינג, הצוות יצר מערכות חיסון שצמחו במעבדה המחקות שקדים אנושיים ורקמת בלוטות לימפה כדי לחקור את התגובות החיסוניות בצורה מדויקת יותר. ממצאי המחקר שלהם, שפורסמו בכתב העת חומרי טבעמסמנים שינוי לעבר מודלים במבחנה המייצגים באופן הדוק יותר אימונולוגיה אנושית. הצוות כלל גם חוקרים מאוניברסיטת אמורי, מבית החולים לילדים באטלנטה ומאוניברסיטת ונדרבילט.

עיצוב מודל זעיר של מערכת החיסון

החוקרים קיבלו השראה להתייחס לנושא קריטי במדע הביו-רפואי: שיעור ההצלחה הירוד של תרגום ממצאים פרה-קליניים ממודלים של בעלי חיים לתוצאות קליניות יעילות, במיוחד בהקשר של חסינות, זיהום ותגובות חיסון.

"אמנם מודלים של בעלי חיים הם בעלי ערך עבור סוגים רבים של מחקר, אך לעתים קרובות הם אינם מצליחים לשקף במדויק את הביולוגיה החיסונית האנושית, מנגנוני המחלה ותגובות הטיפול," אמרה מוניקה (ז'ה) ז'ונג, דוקטור להנדסה ביו-הנדסה. תלמיד והמחבר הראשון של העיתון. "כדי להתמודד עם זה, תכננו מודל חדש שמשכפל נאמנה את המורכבות הייחודית של הביולוגיה החיסונית האנושית על פני רמות מולקולריות, תאים, רקמות ומערכת."

הצוות השתמש בהידרוג'לים סינתטיים כדי ליצור מחדש מיקרו-סביבה שבה תאי B מדם ושקדים אנושיים יכולים להתבגר ולייצר נוגדנים. כאשר תאי חיסון מתורמים בריאים או חולי לימפומה מתרבים בסביבות דמויות ג'ל אלו, האורגנואידים תומכים בתפקוד תאים ארוך יותר, ומאפשרים להתרחש תהליכים כמו יצירת נוגדנים והסתגלות -; דומה לגוף האדם. ניצול האורגנואידים עבור חולים בודדים עוזר לחזות כיצד אותו אדם יגיב לזיהום.

המודלים גם מאפשרים לחוקרים לשלוט ולבדוק תגובות חיסוניות בתנאים שונים. הצוות גילה שלא כל מקורות הרקמות זהים, ותאי שקדים נאבקו בבעיות אריכות ימים. הם השתמשו במערך מיוחד כדי לחקור כיצד תאי חיסון בריאים מגיבים לאותות שעוזרים להם להילחם בזיהומים, אשר לא הצליחו לעורר את אותה תגובה בתאים של ניצולי לימפומה אשר לכאורה החלימו מטיפול אימונותרפי.

באמצעות שימוש באורגנואידים המשובצים בטכנולוגיה חדשה של איבר חיסוני-על-שבב, הצוות הבחין שתאי מערכת החיסון של ניצולי לימפומה שטופלו באימונותרפיות מסוימות אינם מתארגנים ל"אזורים" ספציפיים, כפי שהם היו מתארגנים בדרך כלל בתגובה חיסונית חזקה. חוסר הארגון הזה עשוי לעזור להסביר כמה אתגרים חיסוניים שעומדים בפני ניצולי סרטן, כפי שמעידים ממצאים קליניים אחרונים.

טכנולוגיה משנה משחק

מחקר זה מעניין בעיקר חוקרי מחלות זיהומיות, חוקרי סרטן, אימונולוגים ואנשי מקצוע בתחום הבריאות המוקדשים לשיפור תוצאות המטופלים. על ידי לימוד מערכות חיסון מיניאטוריות אלו, הם יכולים לזהות מדוע הטיפולים הנוכחיים עשויים שלא להיות יעילים ולחקור אסטרטגיות חדשות לשיפור ההגנה החיסונית.

"חולי לימפומה המטופלים בטיפולים ממוקדי CD20 מתמודדים לעתים קרובות עם רגישות מוגברת לזיהומים שיכולים להימשך שנים לאחר סיום הטיפול. הבנת ההשפעות ארוכות הטווח הללו על תגובות נוגדנים עשויה להיות המפתח לשיפור הבטיחות ואיכות החיים של שורדי לימפומה", אמר ד"ר. ז'אן קופ, פרופסור חבר במחלקה להמטולוגיה ואונקולוגיה במכון Winship Cancer של אוניברסיטת אמורי ומחבר שותף בנושא. נייר.

"טכנולוגיה זו מספקת תובנות ביולוגיות עמוקות יותר ודרך חדשנית לפקח על התאוששות של פגמים אימונולוגיים לאורך זמן. היא יכולה לעזור לרופאים לזהות טוב יותר מטופלים שירוויחו מהתערבויות ספציפיות המפחיתות את הסיכון לזיהום", הוסיף קופ.

היבט קריטי ומבטיח נוסף של המחקר הוא יכולת ההרחבה שלו: חוקר בודד יכול ליצור מאות אורגנואידים בישיבה אחת. יכולת המודל למקד אוכלוסיות שונות -; גם חולים בריאים וגם חולים עם דיכוי חיסוני -; מגדיל באופן ניכר את השימושיות שלו עבור חיסונים ובדיקות טיפוליות.

לדברי סינג, המנהל את המרכז להנדסה חיסונית בג'ורג'יה טק, הצוות כבר דוחף את המחקר למימדים חדשים, כולל פיתוח טיפולים סלולריים ומודל של מערכת חיסונית מזדקנת לטיפול בשאלות הקשורות להזדקנות.

"בסופו של יום, העבודה הזו משפיעה באופן מיידי ביותר על חולי סרטן וניצולי סרטן, שלעתים קרובות נאבקים עם תגובות חיסוניות מוחלשות ועשויים לא להגיב טוב לטיפולים סטנדרטיים כמו חיסונים", הסביר סינג. "פריצת דרך זו יכולה להוביל לדרכים חדשות להגביר את ההגנה החיסונית, בסופו של דבר לעזור לחולים פגיעים להישאר בריאים יותר ולהחלים בצורה מלאה יותר."

העבודה מומנה בתחילה על ידי תוכנית Wellcome Leap HOPE. תמיכה זו הובילה לחיזוק המימון האחרון, כולל מענק של 7.5 מיליון דולר לאחרונה מהמכון הלאומי לאלרגיה ומחלות זיהומיות.