Pour citer les mots simples mais extrêmement précis de l’écrivain scientifique vétéran Ed Yong dans The Atlantic, “Le système immunitaire est très compliqué.” Comme la pandémie de COVID-19 l’a clairement montré, la science ne comprend toujours pas pleinement les mécanismes de défense sophistiqués qui nous protègent des envahisseurs microbiens. Pourquoi certaines personnes ne présentent-elles aucun symptôme lorsqu’elles sont infectées par le SARS-CoV-2 alors que d’autres souffrent de fortes fièvres et de courbatures ? Pourquoi certains succombent-ils aux tempêtes de cytokines créées par le corps ? Nous manquons encore de réponses exactes à ces inquiries.
Les scientifiques d’aujourd’hui, cependant, disposent désormais d’un nouvel outil pour les aider à percer les mystères du système immunitaire, grâce à un groupe de chercheurs du Wyss Institute for Biologically Impressed Engineering de l’Université de Harvard. Ils ont cultivé des cellules B et T humaines à l’intérieur d’un dispositif microfluidique Organ Chip et les ont amenés à former spontanément des follicules lymphoïdes fonctionnels – des buildings qui résident dans les ganglions lymphatiques et d’autres get-togethers du corps humain qui interviennent dans les réponses immunitaires. Ils se composent de différentes chambres qui abritent des cellules B et des cellules T “naïves”, qui, ensemble, initient la cascade d’événements qui conduit à une réponse immunitaire complète lorsqu’elles sont exposées à un antigène spécifique.
En furthermore de permettre aux chercheurs de sonder le fonctionnement regular du système immunitaire, ces puces de follicules lymphoïdes (LF) peuvent également être utilisées pour prédire les réponses immunitaires à divers vaccins et aider à sélectionner les plus performants, offrant une amélioration significative par rapport aux modèles précliniques existants comme les cellules dans un plat et des primates non humains. L’exploit est rapporté aujourd’hui dans Sophisticated Science.
« Les animaux ont été les modèles de recherche de référence pour développer et tester de nouveaux vaccins, mais leur système immunitaire diffère considérablement du nôtre et ne prédit pas avec précision remark les humains y répondront. Notre puce LF offre un moyen de modéliser la chorégraphie complexe de réponses immunitaires humaines à l’infection et à la vaccination, et pourraient accélérer considérablement le rythme et la qualité de la création de vaccins à l’avenir », a déclaré le premier auteur Girija Goyal, Ph.D. scientifique principal à l’Institut Wyss.
Une découverte fortuite
Comme beaucoup de grandes découvertes scientifiques, le projet LF Chip est le fruit d’un heureux hasard en laboratoire. Goyal et d’autres scientifiques de l’Institut Wyss voulaient étudier comment les cellules B et T circulant dans le sang modifieraient leur comportement une fois qu’elles pénétraient dans un tissu. Ils ont donc obtenu ces cellules à partir d’échantillons de sang humain et les ont cultivées à l’intérieur d’un dispositif à puce microfluidique pour reproduire le physique. problems qu’ils rencontreraient lorsqu’ils rencontreraient un organe.
Lorsque les cellules ont été placées à l’intérieur de l’un des deux canaux de l’appareil, rien de remarquable ne s’est produit – mais lorsque les chercheurs ont commencé à faire passer le milieu de lifestyle dans l’autre canal pour nourrir les cellules, ils ont été surpris de voir que les cellules B et T ont commencé à s’auto-organiser spontanément en structures 3D au sein de la puce d’organe qui semblaient similaires aux “centres germinaux” – constructions au sein des FL où se produisent des réactions immunitaires complexes. “C’était tellement inattendu que nous avons complètement pivoté de l’expérience originale et nous nous sommes concentrés sur la découverte de ce qu’ils étaient”, a déclaré Goyal.
Lorsque les chercheurs ont commencé à sonder les structures mystérieuses qui s’étaient formées à l’intérieur de la puce d’organe dans des problems d’écoulement, ils ont découvert que les cellules sécrétaient un produit chimique appelé CXCL13. CXCL13 est une caractéristique de la formation de FL, à la fois dans les ganglions lymphatiques et dans d’autres get-togethers du corps en réponse à une swelling chronique, comme dans le most cancers et les maladies vehicle-immunes.
L’équipe a également découvert que les lymphocytes B dans les FL qui s’auto-assemblent sur puce exprimaient également une enzyme appelée cytidine désaminase induite par l’activation (Help), qui est essentielle pour activer les lymphocytes B contre des antigènes spécifiques et n’est pas présente dans les lymphocytes B qui sont circulant dans le sang.
Ni CXCL13 ni Support n’étaient présents dans les cellules cultivées dans une boîte 2D standard, ce qui suggère que les scientifiques avaient en effet réussi à créer des LF fonctionnels à partir de cellules sanguines en circulation.
Dans les FL du corps humain, les cellules B activées mûrissent et se différencient en plusieurs sorts de cellules descendantes, y compris les plasmocytes, qui sécrètent de grandes quantités d’anticorps contre un agent pathogène spécifique. L’équipe a détecté la présence de plasmocytes dans les puces LF après avoir appliqué plusieurs stimuli utilisés en laboratoire pour activer les cellules B, comme la combinaison de la cytokine IL-4 et d’un anticorps anti-CD40, ou des bactéries mortes. Remarquablement, les plasmocytes étaient concentrés en grappes dans les FL, comme ils le seraient in vivo.
“Ces découvertes étaient particulièrement excitantes car or truck elles ont confirmé que nous disposions d’un modèle fonctionnel qui pourrait être utilisé pour démêler certaines des complexités du système immunitaire humain, y compris ses réponses à plusieurs varieties d’agents pathogènes”, a déclaré Pranav Prabhala, technicien au Wyss. Institute et deuxième auteur de l’article.
Prédire l’efficacité du vaccin sur une puce
Maintenant que les scientifiques disposaient d’un modèle LF fonctionnel capable de déclencher une réponse immunitaire, ils ont cherché à savoir si leur puce LF pouvait être utilisée pour reproduire et étudier la réponse du système immunitaire humain aux vaccins.
Dans le corps humain, la vaccination induit des cellules spéciales appelées cellules dendritiques à capter l’agent pathogène injecté et à migrer vers les ganglions lymphatiques, où elles en présentent des fragments à leur surface area. Là, ces cellules présentatrices d’antigène activent les cellules B avec l’aide de cellules T locales dans la FL, provoquant la différenciation des cellules B en plasmocytes qui produisent des anticorps contre l’agent pathogène. Pour reproduire ce processus, les chercheurs ont ajouté des cellules dendritiques aux puces LF ainsi que des cellules B et T provenant de quatre donneurs humains distincts. Ils ont ensuite inoculé les puces avec un vaccin contre la souche H5N1 de la grippe ainsi qu’un adjuvant appelé SWE qui est connu pour stimuler les réponses immunitaires au vaccin.
Les puces LF qui ont reçu le vaccin et l’adjuvant ont produit significativement moreover de plasmocytes et d’anticorps antigrippaux que les cellules B et T cultivées dans des cultures 2D ou les puces LF qui ont reçu le vaccin mais pas l’adjuvant.
L’équipe a ensuite répété l’expérience avec des cellules de huit donneurs différents, cette fois en utilisant le Fluzone disponible dans le commerce? vaccin contre la grippe, qui protège contre trois souches différentes du virus chez l’homme. Une fois de additionally, les plasmocytes et les anticorps anti-grippaux étaient présents en nombre significatif dans les puces LF traitées. Ils ont également mesuré les niveaux de quatre cytokines dans les puces LF vaccinées qui sont connues pour être sécrétées par des cellules immunitaires activées, et ont constaté que les niveaux de trois d’entre eux (IFN-α, IL-10 et IL-2) étaient similaires à ceux trouvés dans le sérum des humains qui avaient été vaccinés avec Fluzone™.
Les chercheurs de Wyss utilisent désormais leurs puces LF pour tester divers vaccins et adjuvants en collaboration avec des sociétés pharmaceutiques et la Fondation Gates.
« La imprecise d’efforts de développement de vaccins déclenchée par la pandémie de COVID-19 a été impressionnante par sa rapidité, mais l’augmentation de la demande a soudainement rendu les modèles animaux traditionnels rares. La puce LF offre un modèle moins cher, plus rapide et in addition prédictif pour étudier les réponses immunitaires humaines. à la fois aux infections et aux vaccins, et nous espérons qu’il rationalisera et améliorera le développement de vaccins contre de nombreuses maladies à l’avenir », a déclaré l’auteur correspondant Donald Ingber, MD, Ph.D. qui est le directeur fondateur de l’Institut Wyss ainsi que le Judah Folkman Professeur de biologie vasculaire à la Harvard Health-related University (HMS) et au Boston Children’s Medical center, et professeur de bioingénierie à la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences.
Parmi les autres auteurs de l’article figurent Yunhao Zhai, Min Solar Kim, Aditya Patil, Danielle Curran, Jaclyn Very long, Abidemi Junaid et Tom Ferrante du Wyss Institute Bruce Bausk, Tal Gilboa, Limor Cohen et David Walt du Wyss Institute, du Brigham and Women’s Healthcare facility et du HMS et les anciens membres de l’Institut Wyss Gautam Mahajan, Liangxia Xie, Roey Lazarovits, Adam Mansour, Sanjay Sharma, Oren Levy et Rachelle Prantil-Baun.
Cette recherche a été soutenue par la DARPA sous le numéro d’accord de coopération W911NF-12-2-0036, les National Institutes of Health and fitness sous la subvention UG3HL141797, la Fondation Bill et Melinda Gates, la BARDA sous le contrat 75A50121C00075 et le Wyss Institute for Biologically Motivated Engineering.