Para comprender mejor por qué algunos pacientes con cáncer luchan por combatir las infecciones, los investigadores de Georgia Tech han creado modelos en miniatura del sistema inmunológico humano cultivados en laboratorio.
Estos modelos en miniatura, conocidos como organoides inmunitarios humanos, imitan el entorno de la vida real donde las células inmunitarias aprenden a reconocer y atacar a invasores dañinos y a responder a las vacunas. Estos orgánulos no solo son nuevas y poderosas herramientas para estudiar y observar la función inmune en el cáncer, sino que también pueden usarse para acelerar el desarrollo de vacunas, predecir mejor la respuesta de la enfermedad al tratamiento de los pacientes e incluso es probable que se aceleren los ensayos clínicos.
“Nuestros hidrogeles sintéticos crean un entorno de crecimiento para los organoides inmunes humanos, lo que nos permite producir anticuerpos desde cero, más precisamente”, dijo Ankur Singh, profesor de la familia Carl Ring en la Escuela de Ingeniería Mecánica George W. Woodruff, y permite una larga duración. modelado a plazo.” y el profesor Wallace H. Coulter en el Departamento de Ingeniería Biomédica de Georgia Tech y Emory.
“Por primera vez, podemos recrear y mantener procesos inmunes complejos en un gel artificial, utilizando sangre, y rastrear eficazmente las respuestas de las células B”, añadió. “Esto es un punto de inflexión para comprender y tratar las deficiencias inmunitarias en pacientes con linfoma que han sido tratados por cáncer y, con suerte, también por otros trastornos”.
Dirigido por Singh, el equipo creó sistemas inmunológicos diseñados en laboratorio que imitan el tejido de las amígdalas y los ganglios linfáticos humanos para estudiar con mayor precisión las respuestas inmunes. Los resultados de su investigación, publicados en la revista Materiales naturalesMarque un cambio hacia modelos in vitro que representen más fielmente la inmunología humana. El equipo también incluyó investigadores de la Universidad Emory, el Hospital Infantil de Atlanta y la Universidad Vanderbilt.
Diseño de un modelo de sistema inmunológico en miniatura
Los investigadores estaban motivados para abordar un problema importante de la ciencia biomédica: la baja tasa de éxito a la hora de traducir los hallazgos preliminares de modelos animales en resultados clínicos eficaces, particularmente en el contexto de la inmunidad, la infección y la respuesta a las vacunas.
“Si bien los modelos animales son valiosos para muchos tipos de investigación, a menudo no reflejan con precisión la biología inmune humana, los mecanismos de las enfermedades y la respuesta al tratamiento”, dijo Monica (Zhe) Zhong, doctora en bioingeniería. estudiante y primer autor del artículo. “Para abordar esto, diseñamos un nuevo modelo que imita fielmente la complejidad única de la biología inmune humana a nivel molecular, celular, tisular y de sistemas”.
El equipo utilizó hidrogeles artificiales para recrear un microambiente donde las células B de la sangre y las amígdalas humanas pudieran madurar y producir anticuerpos. Cuando las células inmunes de donantes sanos o pacientes con linfoma se cultivan en estos entornos similares a geles, los orgánulos apoyan la función celular prolongada, permitiendo que se produzcan procesos como la formación y adaptación de anticuerpos en el cuerpo humano. El uso de organoides para pacientes individuales ayuda a predecir cómo responderá ese individuo a la infección.
Estos modelos permiten a los investigadores controlar y probar las respuestas inmunitarias en diferentes condiciones. El equipo descubrió que no todas las fuentes de tejido son iguales y que las células de las amígdalas luchan contra problemas de longevidad. Utilizaron una configuración especial para estudiar cómo las células inmunes sanas responden a las señales que las ayudan a combatir las infecciones, las mismas que en las células de los sobrevivientes de linfoma no lograron producir respuestas que parecían haberse recuperado con el tratamiento de inmunoterapia.
Utilizando organoides integrados en una nueva tecnología de órgano inmunológico en chip, el equipo observó que las células inmunes de los sobrevivientes de linfoma no se organizaban en “zonas” específicas con inmunoterapia específica, como lo hacían habitualmente en una fuerte respuesta inmune. Esta falta de organización puede ayudar a explicar algunos de los desafíos inmunológicos de los sobrevivientes de cáncer, como sugieren hallazgos clínicos recientes.
Tecnología que cambia el juego
Esta investigación es de interés principalmente para investigadores de enfermedades infecciosas, investigadores del cáncer, inmunólogos y profesionales de la salud dedicados a mejorar los resultados de los pacientes. Al estudiar estos pequeños sistemas inmunológicos, pueden identificar por qué los tratamientos actuales pueden no ser efectivos y explorar nuevas estrategias para estimular las defensas inmunológicas.
“Los pacientes con linfoma tratados con terapias dirigidas a CD20 a menudo experimentan una mayor susceptibilidad a infecciones que pueden persistir años después de completar la terapia. Estos efectos a largo plazo sobre las respuestas de anticuerpos”, dijo el Dr. Comprender los efectos a largo plazo puede ser clave para mejorar la seguridad. y calidad de vida de los sobrevivientes de linfoma”, dijo el Dr. Jane Koff, profesora asociada del Departamento de Hematología y Oncología del Winship Cancer Institute de la Universidad Emory y coautora del artículo.
“Esta tecnología proporciona un conocimiento biológico profundo y proporciona una forma innovadora de monitorear la evolución de los defectos inmunológicos a lo largo del tiempo”, añadió Koff, que se beneficiará de intervenciones específicas para reducir el riesgo.
Otro aspecto importante y prometedor de la investigación es su escalabilidad: un investigador individual puede crear cientos de organoides de una sola vez. La capacidad del modelo para dirigirse a diferentes poblaciones (tanto pacientes sanos como inmunocomprometidos) mejora enormemente su uso para probar vacunas y terapias.
Según Singh, que dirige el Centro de Ingeniería Inmunológica de Georgia Tech, el equipo ya está impulsando la investigación hacia nuevas dimensiones, incluidas las terapias celulares y un modelo antiguo del sistema inmunológico para abordar los problemas del envejecimiento.
“Al final del día, este trabajo tiene implicaciones inmediatas para los pacientes y sobrevivientes de cáncer, quienes a menudo luchan con respuestas inmunes débiles y pueden ser susceptibles a tratamientos estándar como las vacunas”, explicó Singh. “Estos avances podrían conducir a nuevas formas de estimular las defensas inmunitarias y, en última instancia, ayudar a los pacientes vulnerables a mantenerse sanos y recuperarse por completo”.
Este trabajo fue financiado inicialmente a través del programa Wellcome Leap Hope. Este apoyo ha dado lugar a aumentos de financiación recientes, incluida una reciente subvención de 7,5 millones de dólares del Instituto Nacional de Alergias y Enfermedades Infecciosas.
