Прямой контроль дендритных клеток для отслеживания и иммунной модуляции

Прямой контроль дендритных клеток для отслеживания и иммунной модуляции
                Это изображение сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) показывает сферические дендритные клетки, собирающиеся в каркасе биоматериала. Предоставлено: Институт Висса при Гарвардском университете.

Дендритные клетки (ДК) являются одной из первых линий защиты нашего тела от захватчиков и расположены как часовые на всех внешних и внутренних поверхностях, а также в большинстве наших органов. Когда они обнаруживают что-то постороннее, они становятся активными и мигрируют в лимфатические узлы, где представляют чужеродное вещество В-клеткам и Т-клеткам, чтобы инициировать защитный ответ. Эта важнейшая роль в активации иммунных реакций делает ДК привлекательной мишенью для иммунотерапии, но пока не существует технологии, которая могла бы эффективно маркировать, отслеживать и направлять ДК в организме.
                                                                                       

Теперь исследователи из Гарвардского института биологического вдохновения и Высшей школы инженерии и прикладных наук им. Джона А. Полсона (SEAS) создали новый подход, который может успешно маркировать DC in vivo, используя специально разработанную молекулу сахара. ДК, обработанные их метаболизмом, и отображаются на их поверхностях. Эта та же молекула также служит мишенью, позволяя доставлять широкий спектр молекул прямо к DC через химический механизм «щелчка», чтобы модулировать их поведение. При введении мышам с раковыми опухолями эта система значительно увеличивала время их выживания и уменьшала размер опухолей. Исследование опубликовано сегодня в Nature Materials.

«Предыдущие методы, пытавшиеся пометить контроллеры домена, требовали вынимать их из тела и манипулировать ими, что может кардинально изменить их поведение при повторном введении», — говорит доктор философии Хуа Ванг, научный сотрудник Wyss. Институт в лаборатории Wyss Core Преподаватель Дэвид Муни, Ph.D. «Новая система, которую мы разработали, позволяет легко маркировать DC внутри тела, а также может использоваться для модуляции их взаимодействия с Т-клетками, что имеет большие перспективы для лечения рака и других заболеваний».

Налей мне немного сахара

В методике, разработанной Ван и его коллегами, используется тот факт, что живые клетки постоянно метаболизируют различные виды сахаров в молекулы, которые затем отображаются на их мембранах, где они выполняют различные функции. Сначала команда разработала молекулу синтетического сахара, которая не встречается в природе, она называется азидо-сахаром, который DC легко усваивает и перерабатывает в молекулу азида, которую они отображают на своих внешних поверхностях в течение более двух недель.

В то время как азидосахары надежно маркированы DC in vitro, команде нужен был способ перенести этот процесс внутрь тела. Они обратились к методике, которая ранее использовалась лабораторией Муни на платформе Immuno-Materials Института Висса для концентрации и настройки ДК для лечения рака: каркасы из биоматериалов. Эти биосовместимые пористые гидрогели имплантируются в организм, где они выделяют цитокин, называемый гранулоцитарно-макрофагальным колониестимулирующим фактором (GM-CSF), который привлекает DC.

Команда засеяла эти строительные леса наночастицами из азидосахарных полимеров, а затем имплантировала их живым мышам. Через три дня, когда концентрация ДК внутри каркаса достигла своего пика, имплантированные каркасы подвергались воздействию безвредного ультразвукового излучения, которое ослабляло связи гидрогелевого каркаса и позволяло высвобождать наночастицы азидосахара, а затем обрабатываться и обрабатываться DC.

Чтобы проверить, насколько надежно их азидосахарные молекулы позволяют отслеживать меченые ДК, исследователи подсчитали количество азид-положительных ДК, присутствующих в лимфатических узлах мышей, где ДК естественным образом собираются после осмотра тела. Они обнаружили большое количество азид-позитивных DC в лимфатических узлах мышей, которые получали нагруженный сахаром гидрогелевый каркас и ультразвуковое лечение, по сравнению с мышами, которые получили каркас без ультразвука или пустого каркаса. Азидная метка сохранялась на поверхности ДК в лимфатических узлах до 21 дня, указывая на то, что они могут быть использованы для более длительного отслеживания и изучения активности ДК.

«Раковые вакцины, подобные разработанным в нашей лаборатории, зависят от миграции активированных DC из каркаса биоматериала в лимфатические узлы организма, чтобы они могли праймировать Т-клетки против данного антигена, но ранее не было возможности увидеть этот шаг Теперь у нас есть способ отслеживать и количественно определять контроллеры домена, чтобы мы могли убедиться, что они попадают туда, куда им нужно, — сказал Ван.

Доставка напрямую в DC

Возможность маркировать и отслеживать контроллеры домена в естественных условиях была само по себе достижением, но стремления команды пошли еще дальше — могут ли они использовать те же ярлыки для управления поведением контроллеров домена? Чтобы ответить на этот вопрос, они обратились к химии щелчка, которая относится к парам небольших биосовместимых молекул, которые быстро, необратимо и специфически связываются друг с другом. Партнером Azido по химии кликов является молекула под названием дибензоциклооктин (DBCO), поэтому исследователи предположили, что они могут доставлять молекулярные «грузы» непосредственно к DC в лимфатических узлах, присоединяя их к DBCO.

Команда сначала конъюгировала DBCO с флуоресцентной молекулой под названием Cy5 и инъецировала ее мышам, которым была проведена ультразвуковая обработка скаффолд +, и увидела заметное увеличение флуоресценции в лимфатических узлах животных, что указывает на то, что DBCO-Cy5 действительно имел размещены в ДК, которые собрались там.

Основываясь на этом положительном результате, исследователи попытались присоединить DBCO к ряду цитокинов, которые являются белками, которые передают сигналы между клетками и, как известно, стимулируют и влияют на иммунные ответы. Один цитокин, называемый IL-15/IL-15Rα, когда-то присутствующий на поверхности DC, может инициировать пролиферацию CD8 + T-клеток и естественных клеток-киллеров, которые нацелены и убивают патогены. Когда команда инъецировала связанный с DBCO IL-15/IL-15Rα мышам, которые получили лечение скаффолдом + ультразвук, их меченные азидом DC успешно захватили цитокин с помощью химии щелчка.

Чтобы проверить способность захваченного цитокина эффективно активировать Т-клеточный ответ, исследователи загрунтовали необработанные иммунные системы мышей двумя пептидами, которые распознаются организмом как «чужеродные», и сгенерировали DC, которые отображают как пептиды, так и азид. молекулы на их поверхностях. Затем они инъецировали связанный с DBCO IL-15/IL-15Rα, чтобы побудить DC представить пептиды Т-клеткам. Мыши, которые получали целевой цитокин, вызывали более сильный T-клеточный ответ против пептидов и, что важно, не проявляли отрицательных побочных эффектов, поскольку этот подход требует дозы цитокина в 100 раз ниже, чем та, которая использовалась в предыдущих исследованиях.

Химия, которая помогает бороться с раком

Для обеспечения устойчивости команда проверила эффективность своей системы маркировки DC против рака у живых мышей. После проведения лечения скаффолдом + ультразвуком мышам с меченными азидом DC в их лимфатических узлах инъецировали DBCO, связанный с пептидом, называемым E7, который экспрессируется при раковых заболеваниях, ассоциированных с вирусом папилломы человека (HPV), а также с DBCO, связанным с CpG. короткая одноцепочечная молекула ДНК, которая стимулирует иммунную систему. Эти мыши продемонстрировали значительно более высокое количество CD8 + Т-клеток, которые были активны против Е7, по сравнению с мышами, которые получали «свободные» Е7 и CpG, что указывает на то, что DBCO успешно доставил свои грузы в ДК, которые воспользовались Т-клетками. Этот Т-клеточный ответ обеспечивал полную защиту от рака, когда мышам позже вводили E7-экспрессирующие клетки рака легких. Система также эффективно лечила мышей с установленными опухолями рака легких — те, которые получили его, имели более медленный рост опухоли и более длительную выживаемость без опухолей, чем мыши, которые получали либо пустую гидрогелевую клетку, либо не получали никакого лечения.

«По сути, это технология, которая позволяет нам метить клетки и нацеливать их в организме очень точно в организме. В этом исследовании мы продемонстрировали, что он эффективен для иммунотерапии рака, но также имеет потенциал для используется в других контекстах, где вы хотите иметь возможность контролировать, как клетки взаимодействуют друг с другом «, — сказал Муни, который также является профессором семейной биологии Роберта П. Пинкаса в SEAS.

Лаборатория Муни продолжает исследовать различные типы молекул, которые могут доставляться в ДЦ через эту систему, и планирует применять их для изучения и опосредования взаимодействий других иммунных клеток.

Spread the love