免疫系统是非常复杂的,但是现在,在芯片上
引用资深科学作家Ed Yong简单却极其准确的词大西洋免疫系统是非常复杂的。”As the COVID-19 pandemic had made abundantly clear, science still doesn't fully understand the sophisticated defense mechanisms that protect us from microbe invaders. Why do some people show no symptoms when infected with SARS-CoV-2 while others suffer from severe fevers and body aches? Why do some succumb to cytokine storms of the body's own making? We still lack exact answers to these questions.
今天的科学家,然而,现在有一个新工具,帮助他们梳理出免疫系统的奥秘,多亏了一组研究人员在哈佛大学生物工程研究所。他们培养人类B和T细胞在一个器官微流控芯片装置,哄他们自发形成功能性淋巴follicles-structures驻留在淋巴结和人体的其他部分,调节免疫反应。他们由不同的钱伯斯港“幼稚”B细胞和T细胞,这一起发起一连串的事件,导致一个完整的免疫反应时暴露在一个特定的抗原。
除了允许研究人员调查免疫系统的正常功能,这些淋巴滤泡(低频)芯片也可以用来预测各种疫苗的免疫反应,帮助选择表现最好,提供现有显著提高临床前模型在培养皿中细胞和非人类的灵长类动物。今天的成就是报道先进的科学。
为对照的“动物研究模型开发和测试新的疫苗,但他们的免疫系统明显的区别于我们自己,不准确地预测人类将如何应对它们。低频芯片提供了模型复杂的人类感染的免疫反应和疫苗接种的编排,并能显著加快步伐和疫苗质量创造未来,”第一作者Girija Goyal说,博士,高级职员科学家Wyss研究所。
一个偶然的发现
像许多伟大的科学发现,低频芯片项目在实验室意外的结果。Goyal和其他Wyss研究所科学家想调查B和T细胞循环血液中如何改变他们的行为一旦他们进入了一个组织,所以他们获得这些细胞从人类的血液样本,培养他们在器官微流控芯片装置复制的物理条件,他们将体验当他们遇到一个器官。
当细胞被放置在一个装置内的两个渠道,没有非凡的国当研究人员开始流动的培养基通过其他渠道来满足细胞,他们惊奇地看到器官内的芯片,B和T细胞开始自发地自组织成3 d结构出现类似于“生发中心”在LFs结构复杂的免疫反应发生的地方。“这是我们完全意想不到的旋转从原始实验和集中在试图找出他们,“Goyal说。
当研究人员开始探索神秘的结构,形成了内部的器官芯片流条件下,他们发现这些细胞分泌一种化学物质叫做CXCL13。CXCL13低频形成的是一个标志,在淋巴结和身体的其他部位,在慢性炎症反应,如癌症和自身免疫状况。
该小组还发现,在自组装的LFs - B细胞芯片也表达了一种酶称为activation-induced胞嘧啶核苷脱氨酶(援助),这是至关重要的对特定抗原激活B细胞和B细胞中不存在循环血液中。
CXCL13和援助是存在于细胞在培养皿中一个标准的2 d,这表明科学家们确实成功创建功能LFs血液细胞。
在人体的LFs,激活B细胞成熟和分化成多种类型的子代细胞包括浆细胞,分泌大量的抗体特定的病原体。团队发现存在低频的浆细胞芯片应用一些刺激后激活B细胞在实验室使用,如细胞因子il - 4的组合和一个anti-CD40抗体,或死亡的细菌。值得注意的是,浆细胞集中在集群内的LFs,就像在体内。
“这些发现是特别令人兴奋,因为他们证实,我们有一个功能模型,可以用来解开一些人体免疫系统的复杂性,包括其对多种类型的病原体的反应,“Pranav Prabhala说,Wyss研究所的技术人员和论文的第二作者。
预测疫苗的功效在芯片上
现在科学家们功能低频模型,可以启动免疫反应,他们探索是否低频芯片可以用于复制和研究人类免疫系统疫苗的反应。
在人体,疫苗接种诱发特殊树突细胞的注射病原体和迁移到淋巴结,现在他们表面的碎片。这些抗原递呈细胞,激活B细胞的协助下当地的T细胞在低频,导致B细胞分化为浆细胞产生抗体的病原体。复制这个过程,研究人员补充说树突细胞低频芯片以及B和T细胞从四个独立的人类的捐助者。然后他们接种疫苗的芯片H5N1流感病毒以及佐剂称为瑞典文,提高对疫苗的免疫反应。
低频芯片获得疫苗和佐剂产浆细胞和抗流感抗体明显高于B和T细胞生长在2 d文化或低频芯片收到疫苗佐剂。
团队然后重复了这个实验,细胞从八个不同的捐赠者,这一次使用商用FluzoneⓇ流感疫苗,防止三种不同种类的病毒在人类。再次,浆细胞和抗流感抗体在治疗中存在大量低频芯片。他们还测量了四种细胞因子的水平在接种低频芯片被激活免疫细胞分泌,并发现他们三个的水平(IFN-γ,il - 10,和2)类似的发现在人类的血清与Fluzone接种疫苗Ⓡ。
Wyss的研究人员正在使用低频芯片测试各种疫苗和佐剂与制药公司合作,盖茨基金会。
“一系列COVID-19大流行疫苗开发工作引发的令人印象深刻的速度,但需求突然增加传统动物模型稀缺资源。低频芯片提供了一个更便宜,更快,更预测模型研究人类感染和疫苗的免疫反应,我们希望它将简化和改进疫苗的研制对许多疾病在未来,”医学博士,唐纳德·因格贝尔说通讯作者博士,谁是创始主任Wyss研究所以及Judah Folkman血管生物学教授(HMS)和哈佛医学院波士顿儿童医院和哈佛大学的生物工程教授约翰·a·保尔森工程和应用科学学院。
