جهاز المناعة معقد للغاية ، لكنه الآن على شريحة
الجريبات اللمفاوية المتكونة في شريحة ميكروفلويديك تقوم بوظائف المناعة البشرية واستجابة اللقاح في المختبركما أوضحت جائحة كورونا ، لا يزال العلم لا يفهم تمامًا آليات الدفاع المتطورة التي تحمينا من غزو الميكروبات.
لماذا لا تظهر على بعض الأشخاص أعراض عند الإصابة بـ SARS-CoV-2 بينما يعاني البعض الآخر من حمى شديدة وآلام في الجسم؟ لماذا يستسلم البعض لعواصف خلوية من صنع الجسم؟ ما زلنا لانعرف الإجابات الدقيقة على هذه الأسئلة.
 |
|
يوضح هذا الرسم التوضيحي بنية شريحة LF: تمت زراعة الخلايا البائية والخلايا التائية معًا في القناة السفلية المبطنة بالمصفوفة خارج الخلية (ECM) ، وتم "تغذيتها" عبر التدفق الثابت للوسط المحتوي على العناصر الغذائية عبر القناة العلوية. هذا التدفق هو أيضًا ما يبدو أنه تسبب في التجمع التلقائي للخلايا في بصيلات اللمفاوية. |
جهاز المناعة معقد للغاية ، لكنه الآن على شريحة
ومع ذلك ، يمتلك علماء اليوم الآن أداة جديدة لمساعدتهم على اكتشاف ألغاز الجهاز المناعي ، وذلك بفضل مجموعة من الباحثين للهندسة المستوحاة بيولوجيًا في جامعة هارفارد
البصيلات اللمفاوية lymphoid follicles (LF).
لقد زرعوا الخلايا B و T البشرية داخل جهاز رقاقة عضو ميكروفلويديك وأقنعوها لتكوين بصيلات ليمفاوية وظيفية تلقائيًا - هياكل موجودة في الغدد الليمفاوية وأجزاء أخرى من جسم الإنسان تتوسط الاستجابات المناعية.
وهي تتكون من غرف مختلفة تؤوي الخلايا البائية والخلايا التائية ، والتي تبدأ معًا سلسلة من الأحداث التي تؤدي إلى استجابة مناعية كاملة عندما تتعرض لمستضد معين
بالإضافة إلى السماح للباحثين بالتحقيق في الوظيفة الطبيعية لجهاز المناعة ، يمكن أيضًا استخدام هذه الرقائق اللمفاوية للتنبؤ بالاستجابات المناعية للقاحات المختلفة والمساعدة في اختيار أفضل المؤدين ،
مما يوفر تحسينًا ملحوظًا على النماذج قبل السريرية الحالية مثل الخلايا في طبق والقرود غير البشرية.
"كانت الحيوانات هي النماذج البحثية ذات المعيار الذهبي لتطوير واختبار لقاحات جديدة ، لكن أجهزتها المناعية تختلف اختلافًا كبيرًا عن أنظمتنا ولا تتنبأ بدقة بكيفية استجابة البشر لها.
توفر شريحة البصيلات الليمفاوية طريقة لتصميم الرقصات المعقدة للاستجابات المناعية البشرية للعدوى والتطعيم ، ويمكن أن تسرع بشكل كبير وتيرة ونوعية إنشاء اللقاح في المستقبل
اكتشاف مذهل LF Chip
مثل العديد من الاكتشافات العلمية العظيمة ، هو نتيجة الصدفة في المختبر. أراد التحقيق في كيفية قيام الخلايا B و T التي تدور في الدم بتغيير سلوكها بمجرد دخولها إلى الأنسجة ،
لذلك حصلوا على هذه الخلايا من عينات الدم البشري وزرعوها داخل جهاز رقاقة عضو ميكروفلويديك لتكرار المادة الفيزيائية. الظروف التي قد يواجهونها عندما يواجهون عضوًا.
عندما تم وضع الخلايا داخل إحدى القناتين داخل الجهاز ، لم يحدث شيء ملحوظ - ولكن عندما بدأ الباحثون تدفق وسط المزرعة عبر القناة الأخرى لتغذية الخلايا ، فوجئوا برؤية الخلايا B و T بدأت للتنظيم الذاتي تلقائيًا في هياكل ثلاثية الأبعاد داخل رقاقة العضو التي تبدو مشابهة لـ "المراكز الجرثومية" - هياكل داخل حيث تحدث تفاعلات مناعية معقدة. كان الأمر غريب جدا لدرجة أن الباحثين انطلقوا تمامًا من التجربة الأصلية وركزوا على محاولة اكتشاف ما كانت عليه.
 |
عندما تم زراعة الخلايا البائية والخلايا التائية في رقاقة LF تحت ظروف التدفق (على اليسار) ، شكلت تلقائيًا هياكل ثلاثية الأبعاد تم تحديدها لاحقًا على أنها بصيلات ليمفاوية ناشئة. عندما زرعت نفس الخلايا في ظروف ثابتة (يمين) ، لم تتشكل أي هياكل.
عندما بدأ الباحثون في فحص الهياكل الغامضة التي تشكلت داخل رقاقة العضو تحت ظروف التدفق ، وجدوا أن الخلايا تفرز مادة كيميائية تسمى CXCL13.
هي السمة المميزة لتكوين هذه المادة، داخل العقد الليمفاوية وفي أجزاء أخرى من الجسم استجابةً للالتهابات المزمنة ، مثل السرطان وأمراض المناعة الذاتية
وجد الفريق أيضًا أن الخلايا البائية داخل LFs التي تم تجميعها ذاتيًا على الرقاقة تعبر أيضًا عن إنزيم يُسمى التنشيط الناجم عن تنشيط سيتيدين ديميناز (AID) ، وهو أمر بالغ الأهمية لتنشيط الخلايا البائية ضد مستضدات معينة وغير موجود في الخلايا البائية الموجودة يدور في الدم. CXCL13 ولا AID لم يكن موجودًا في الخلايا التي تم تربيتها في طبق قياسي ثنائي الأبعاد ، مما يشير إلى أن العلماء قد نجحوا بالفعل في إنشاء LFs وظيفية من خلايا الدم المنتشرة.
في LFs في جسم الإنسان ، تنضج الخلايا البائية المنشطة وتتمايز إلى أنواع متعددة من الخلايا السلالة بما في ذلك خلايا البلازما ، التي تفرز كميات كبيرة من الأجسام المضادة ضد مسببات الأمراض المحددة.
اكتشف الفريق وجود خلايا بلازما في رقائق LF بعد أن قاموا بتطبيق العديد من المحفزات المستخدمة في المختبر لتنشيط الخلايا البائية ، مثل مزيج السيتوكين IL-4 والجسم المضاد لـ CD40 ، أو البكتيريا الميتة. بشكل ملحوظ ، تم تركيز خلايا البلازما في مجموعات داخل LFs ، كما لو كانت في الجسم الحي.
.
توقع فعالية اللقاح على رقاقة ال اف
الآن بعد أن أصبح لدى العلماء نموذج وظيفي يمكنه بدء استجابة مناعية ، اكتشفوا ما إذا كان يمكن استخدام رقاقة ال اف
لتكرار ودراسة استجابة جهاز المناعة البشري للقاحات.
في جسم الإنسان ، يحفز التطعيم خلايا خاصة تسمى الخلايا المتغصنة على امتصاص العامل الممرض المحقون والهجرة إلى العقد الليمفاوية ، حيث تظهر أجزاء منها على سطحها.
هناك ، تقوم هذه الخلايا العارضة للمستضد بتنشيط الخلايا البائية بمساعدة الخلايا التائية المحلية في الشريحة ، مما يتسبب في تمايز الخلايا البائية إلى خلايا بلازما تنتج أجسامًا مضادة ضد العامل الممرض.
لتكرار هذه العملية ، أضاف الباحثون الخلايا المتغصنة إلى رقائق ال اف جنبًا إلى جنب مع الخلايا B و T من أربعة متبرعين بشريين منفصلين. ثم قاموا بتلقيح الرقائق بلقاح ضد سلالة الأنفلونزا H5N1 إلى جانب مادة مساعدة تسمى SWE معروفة بتعزيز الاستجابات المناعية للقاح.
تقدم رقاقة ال اف الخاصة بنا طريقة لتصميم الرقصات المعقدة للاستجابات المناعية البشرية للعدوى والتطعيم ، ويمكن أن تسرع بشكل كبير وتيرة ونوعية إنشاء اللقاح في المستقبل.
أنتجت رقائق ال اف التي تلقت اللقاح والمواد المساعدة عددًا أكبر بكثير من خلايا البلازما والأجسام المضادة للإنفلونزا من الخلايا B و T المزروعة في ثقافات ثنائية الأبعاد أو رقائق LF التي تلقت اللقاح ولكن ليس المادة المساعدة.
ثم كرر الفريق التجربة مع خلايا من ثمانية متبرعين مختلفين ، هذه المرة باستخدام لقاح الأنفلونزا Fluzone المتوفر تجاريًا ، والذي يحمي من ثلاث سلالات مختلفة من الفيروس لدى البشر.
مرة أخرى ، كانت خلايا البلازما والأجسام المضادة للإنفلونزا موجودة بأعداد كبيرة في رقائق ال اف المعالجة.
قاموا أيضًا بقياس مستويات أربعة سيتوكينات في رقائق ال اف المحصنة والتي يُعرف أنها تفرز بواسطة الخلايا المناعية المنشطة ، ووجدوا أن مستويات ثلاثة منهم (IFN-γ و IL-10 و IL-2) كانت مشابهة لـ تلك الموجودة في مصل
البشر الذين تم تطعيمهم بـ FluzoneⓇ.
يستخدم الباحثون الآن رقائق ال اف لاختبار العديد من اللقاحات والمواد المساعدة بالتعاون مع شركات الأدوية
كانت موجة جهود تطوير اللقاحات التي أثارها جائحة كورونا مثيرة للإعجاب بسبب سرعتها ، لكن الطلب المتزايد فجأة جعل النماذج الحيوانية التقليدية شحيحة الموارد.
LF تقدم شريحة
نموذجًا أرخص وأسرع وأكثر تنبؤًا لدراسة الاستجابات المناعية البشرية لكل من العدوى واللقاحات ، ونأمل أن تعمل على تبسيط وتحسين تطوير اللقاح ضد العديد من الأمراض في المستقبل ، "
المصادر
https://wyss.harvard.edu/news/the-immune-system-is-very-complicated-but-now-its-on-a-chip/
إرسال تعليق