Da bi bolje razumeli zašto se neki pacijenti sa rakom bore da se bore protiv infekcija, istraživači iz Georgia Tech-a su kreirali male modele ljudskog imunog sistema uzgojenog u laboratoriji.
Ovi minijaturni modeli – poznati kao ljudski imuni organoidi – oponašaju životnu sredinu u kojoj imune ćelije uče da prepoznaju i napadaju štetne napadače i reaguju na vakcine. Ne samo da su ovi organoidi moćni novi alati za proučavanje i posmatranje imunološke funkcije kod raka, njihova upotreba će verovatno ubrzati razvoj vakcine, bolje predvideti odgovor na lečenje bolesti za pacijente, pa čak i ubrzati klinička ispitivanja.
„Naši sintetički hidrogelovi stvaraju revolucionarno okruženje za organoide ljudskog imuniteta, omogućavajući nam da modelujemo proizvodnju antitela od nule, tačnije i na duže vreme“, rekao je Ankur Sing, profesor porodice Carl Ring na školi mašinskog inženjerstva Džordža V. Vudrafa. i profesor na Vallace H. Coulter odeljenju za biomedicinsko inženjerstvo na Georgia Tech and Emori.
„Prvi put možemo da rekreiramo i održavamo složene imunološke procese u sintetičkom gelu, koristeći krv, i efikasno pratimo odgovore B ćelija“, dodao je on. „Ovo je promena u razumevanju i lečenju imunoloških ranjivosti kod pacijenata sa limfomom koji su bili podvrgnuti lečenju raka — a nadamo se i drugim poremećajima.
Predvođen Singhom, tim je stvorio imunološki sistem uzgojen u laboratoriji koji oponaša ljudske krajnike i tkivo limfnih čvorova kako bi preciznije proučavao imune odgovore. Njihovi nalazi istraživanja, objavljeni u časopisu Nature Materials, označavaju pomak ka in vitro modelima koji bliže predstavljaju ljudsku imunologiju. Tim je takođe uključivao istraživače sa Univerziteta Emori, Dečje bolnice u Atlanti i Univerziteta Vanderbilt.
Istraživači su bili inspirisani da se pozabave kritičnim pitanjem u biomedicinskoj nauci: lošom stopom uspeha prevođenja pretkliničkih nalaza sa životinjskih modela u efektivne kliničke ishode, posebno u kontekstu imuniteta, infekcije i odgovora na vakcinu.
„Iako su životinjski modeli dragoceni za mnoge vrste istraživanja, oni često ne uspevaju da precizno odraze realističnu ljudsku imunološku biologiju, mehanizme bolesti i odgovore na lečenje“, rekla je Monika (Zhe) Zhong, doktor bioinženjeringa. student i prvi autor rada. „Da bismo ovo rešili, dizajnirali smo novi model koji verno replicira jedinstvenu složenost ljudske imunološke biologije na molekularnim, ćelijskim, tkivnim i sistemskim nivoima.
Tim je koristio sintetičke hidrogelove da bi ponovo stvorio mikrookruženje u kojem B ćelije iz ljudske krvi i krajnika mogu da sazrevaju i proizvode antitela. Kada se imune ćelije zdravih donatora ili pacijenata sa limfomom uzgajaju u ovim sredinama nalik gelu, organoidi podržavaju dužu ćelijsku funkciju, omogućavajući procesima kao što su formiranje antitela i adaptacija – slično ljudskom telu. Korišćenje organoida za pojedinačne pacijente pomaže da se predvidi kako će ta osoba reagovati na infekciju.
Modeli takođe omogućavaju istraživačima da kontrolišu i testiraju imune odgovore pod različitim uslovima. Tim je otkrio da nisu svi izvori tkiva isti, a ćelije krajnika su se borile sa problemima dugovečnosti. Koristili su specijalizovanu postavku da prouče kako zdrave imune ćelije reaguju na signale koji im pomažu u borbi protiv infekcija, što nije uspelo da izazove isti odgovor u ćelijama preživelih od limfoma koji su se naizgled oporavili od imunoterapije.
Koristeći organoide ugrađene u novu tehnologiju imunih organa na čipu, tim je primetio da se imune ćelije preživelih od limfoma lečenih određenim imunoterapijama ne organizuju u specifične „zone“, na način na koji bi inače bile u snažnom imunološkom odgovoru. Ovaj nedostatak organizacije može pomoći da se objasne neki imunološki izazovi sa kojima se suočavaju preživeli od raka, o čemu svedoče nedavni klinički nalazi.
Ovo istraživanje je prvenstveno od interesa za istraživače zaraznih bolesti, istraživače raka, imunologe i zdravstvene radnike koji su posvećeni poboljšanju ishoda pacijenata. Proučavajući ove minijaturne imunološke sisteme, oni mogu da identifikuju zašto trenutni tretmani možda nisu efikasni i da istraže nove strategije za poboljšanje imunološke odbrane.
„Pacijenti sa limfomom koji se leče terapijama usmerenim na CD20 često se suočavaju sa povećanom osetljivošću na infekcije koje mogu da traju godinama nakon završetka terapije. Razumevanje ovih dugoročnih uticaja na odgovore antitela može biti ključno za poboljšanje bezbednosti i kvaliteta života preživelih od limfoma“, rekao je dr. Džin Kof, vanredni profesor na odeljenju za hematologiju i onkologiju na Institutu za rak Vinšip Univerziteta Emori i. koautor na papiru.
„Ova tehnologija pruža dublji biološki uvid i inovativan način praćenja oporavka imunoloških defekata tokom vremena. Mogla bi pomoći kliničarima da bolje identifikuju pacijente koji bi imali koristi od specifičnih intervencija koje smanjuju rizik od infekcije“, dodao je Kof.
Još jedan kritičan i obećavajući aspekt istraživanja je njegova skalabilnost: pojedinačni istraživač može da napravi stotine organoida u jednom sedenju. Sposobnost modela da cilja različite populacije – i zdrave i imunosupresivne pacijente – znatno povećava njegovu upotrebljivost za vakcine i terapijsko testiranje.
Prema Singhu, koji rukovodi Centrom za imunoinženjering na Georgia Tech-u, tim već gura istraživanje u nove dimenzije, uključujući razvoj ćelijskih terapija i modela imunog sistema ostarjelih za rješavanje pitanja vezanih za starenje.
„Na kraju dana, ovaj rad trenutno utiče na pacijente sa rakom i preživele, koji se često bore sa oslabljenim imunološkim odgovorima i možda neće dobro reagovati na standardne tretmane poput vakcina“, objasnio je Sing. „Ovaj napredak mogao bi dovesti do novih načina za jačanje imunološke odbrane, na kraju pomažući ugroženim pacijentima da ostanu zdraviji i da se potpunije oporave.“
