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I segreti di una cellula possono essere svelati dalla sua superficie, decorata con decine o centinaia di migliaia di molecole che aiutano le cellule immunitarie a distinguere l'amico dal nemico. Alcune di queste molecole sporgenti sono antigeni che innescano l'attacco del sistema immunitario, ma può essere difficile per gli scienziati identificare quegli antigeni, che spesso variano da individuo a individuo, nella foresta molecolare.
Un team di scienziati di Stanford guidato da Polly Fordyce, una borsista dell'istituto presso Sarafan ChEM-H, ha sviluppato un nuovo metodo per prevedere in modo più rapido e preciso quali antigeni porteranno a una forte risposta immunitaria. Il loro approccio, che è stato riportato in Metodi della natura il 5 settembre, potrebbe aiutare gli scienziati a sviluppare immunoterapie contro il cancro più efficaci.
Le cellule T, una classe di cellule immunitarie, strisciano e schiacciano altre cellule mentre pattugliano il corpo, utilizzando i recettori delle cellule T per leggere molecolarmente peptidi o brevi frammenti di proteine, che sono cullati all'interno di proteine più grandi chiamate complessi maggiori di istocompatibilità (pMHC). che sporgono dalle superfici cellulari. Le cellule ospiti sane mostrano una serie di pMHC che non attivano una risposta immunitaria, ma una volta che le cellule T riconoscono i peptidi indicativi della malattia, si attivano per trovare e uccidere le cellule che portano queste firme estranee. Capire come le cellule T distinguono in modo sensibile questi peptidi antigenici dai peptidi ospiti per evitare di uccidere erroneamente le cellule ospiti è stato a lungo un mistero.
"Una cellula T può rilevare un singolo peptide antigenico in un mare di 10.000 o 100.000 peptidi non antigenici visualizzati sulla superficie cellulare", ha affermato Fordyce, assistente professore di bioingegneria e genetica.
La chiave della selettività è nella scansione dei linfociti T. Lo scorrimento dei linfociti T mette sotto stress i legami tra recettori e peptidi e, nella maggior parte dei casi, quello stress extra è sufficiente per rompere quel legame. Ma a volte, ha l'effetto opposto. Chris Garcia, coautore dello studio e professore di fisiologia molecolare e cellulare e di biologia strutturale, e altri avevano già dimostrato che i peptidi più antigenici sono quelli le cui interazioni con i recettori dei linfociti T si rafforzano in risposta allo scorrimento.
"È un po' come una trappola per dita cinese", ha detto Fordyce. "Quando si tira un po' sull'interazione recettore-antigene, il legame dura effettivamente più a lungo."
Mimetismo cellulare
L'identificazione delle migliori coppie antigene-recettore richiede l'applicazione simultanea di quella forza di scorrimento, o taglio, tra un peptide e una cellula T e la misurazione dell'attivazione delle cellule T, idealmente migliaia di volte per ottenere dati ripetibili per molte possibili coppie di recettori peptidi/cellule T. Ma i metodi esistenti richiedono molto tempo e possono portare alla misurazione di un solo peptide con centinaia di cellule T in un giorno.
Il primo autore dello studio, lo studioso post-dottorato Yinnian Feng, ha sviluppato un trucco che consente al team di misurare 20 peptidi unici che interagiscono con migliaia di cellule T in meno di cinque ore.
Per creare un sistema semplificato che imita le cellule con peptidi penzolanti, hanno costruito piccole perline sferiche da un materiale che si espande dopo il riscaldamento e hanno attaccato alcune molecole di un dato pMHC tempestato di peptidi alle loro superfici. Dopo aver depositato una cellula T in cima a ciascuna perla e aver atteso abbastanza a lungo che i recettori si leghino ai peptidi, hanno quindi riscaldato leggermente la perlina. L'espansione del tallone aumenta la distanza tra i punti di ancoraggio e il corrispondente allungamento della cellula T imita la forza che sperimenterebbe scivolando lungo le cellule del corpo. Dopo aver esercitato quella forza, il team ha quindi misurato quanto fossero attivi i linfociti T.
Potrebbero fare centinaia di esperimenti individuali in parallelo utilizzando perline etichettate ciascuna con un colore unico, rendendo possibile il tracciamento di più pMHC diversi. Hanno scattato due serie di immagini su ciascuna diapositiva dopo ogni corsa:una serie che dice loro quale pMHC sta visualizzando una determinata perlina e un'altra che dice loro quanto è attiva ciascuna cellula T in cima a quella perlina. Il riferimento incrociato di quelle immagini dice loro quali antigeni hanno portato alle risposte dei linfociti T più forti.
In questa dimostrazione della loro piattaforma, il team ha mostrato, con 21 peptidi unici, che i loro risultati hanno confermato peptidi attivanti e non attivanti noti per un recettore dei linfociti T e hanno scoperto un antigene precedentemente sconosciuto che ha indotto una forte risposta dei linfociti T. Lavorando con il laboratorio Garcia, hanno anche iniziato ad affrontare una sfida nell'immunoterapia:i recettori dei linfociti T che formano le interazioni di maggiore affinità con gli antigeni in laboratorio sono spesso attivati anche da peptidi non antigenici nel corpo, un pericoloso effetto collaterale che porta all'uccisione delle cellule sane. Utilizzando la loro tecnologia, il team ha caratterizzato i recettori dei linfociti T progettati per riconoscere specificamente gli antigeni tumorali senza reattività fuori bersaglio. In futuro, hanno in programma di creare librerie di oltre 1.000 peptidi per scoprire nuovi antigeni.
Sperano che questo approccio, che è rapido e richiede poche cellule, o una sua forma ottimizzata possa un giorno essere utilizzato per migliorare le immunoterapie personalizzate.
"Questa piattaforma può aiutare a migliorare gli sforzi per progettare le cellule T che colpiscono specificamente le cellule tumorali, oltre a determinare quali antigeni sono in grado di attivare in modo potente le cellule T di un paziente per colpire in modo più efficace le cellule tumorali", ha affermato Fordyce.
Fordyce è membro di Stanford Bio-X, SPARK e del Wu Tsai Neurosciences Institute ed è un ricercatore di Chan Zuckerberg Biohub. Garcia è un membro della Stanford Bio-X, dello Stanford Cancer Institute, del Wu Tsai Neurosciences Institute e di un ricercatore dell'Howard Hughes Medical Institute. Xiang Zhao e Adam K. White sono anche autori dell'articolo. + Esplora ulteriormente
