Иммунная система человека - это очень сложная биологическая структура, изучение которой требует много времени и сил. Однако новое открытие американских ученых может вскоре все изменить. Исследователи из Гарвардского института Wyss разработали самую точную копию иммунной системы человека и разместили ее в микрофлюидном чипе, создав, таким образом, идеальную платформу для изучения реакции иммунных клеток на воздействие препаратов и патогенных микроорганизмов.

На иллюстрации показаны микрофлюидические каналы, содержащие человеческие В- и Т-клетки (розовые и зеленые). Credit: Wyss Institute at Harvard University    

 

Большинство медицинских и биологических исследований проводятся в лабораторных условиях в чашках Петри или на животных моделях. Однако, такие среды далеко не идеальны, и сильно отличаются от процессов, протекающих в организме человека. Поэтому многие препараты или методы лечения, которые выглядят весьма многообещающими на мышах, в конечном итоге не работают на людях.

Недавно ученые разработали технологию моделирования органов и тканей в микрофлюидных чипах, которые более точно имитируют работу человеческого организма, чем лабораторные животные. В результате были созданы 3D печатные чипы сердца, легких, кишечника, почек, селезенки, роговицы глаза, зубов и плаценты, а теперь исследователи Wyss добавили к этому списку иммунную систему.

Учёные культивировали человеческие В- и Т- лимфоциты в микрофлюидном устройстве Organ Chip, которое было разработано для имитации физических условий работы иммунной системы. Поместив клетки в питательный раствор, команда обнаружила, что лимфоциты стал образовывать трехмерные структуры, напоминающие лимфоидные фолликулы (скопление лимфоидной ткани, в котором происходит развитие лимфоцитов). Более того, было, похоже, что они образовали герминативные центры, которые отвечают за формирование комплексных иммунных ответов.

В процессе культивирования В- и Т-лимфоцитов в LF-чипе (слева) они формировали трехмерные структуры, (которые впоследствии были классифицированы как формирующиеся лимфоидные фолликулы). Когда те же клетки культивировали в статичных режимах (справа), структуры не формировались. Credit: Wyss Institute at Harvard University    

 

"Эти результаты были особенно интересными, поскольку они подтвердили, что у нас есть функциональная модель, которую можно использовать для раскрытия некоторых сложных аспектов иммунной системы человека, включая ее реакцию на многочисленные виды патогенов", - сказал Пранав Прабхала, второй автор исследования.

Затем исследователи решили проверить, как новая система будет реагировать на действие вакцин. Для этого они ввели в микрофлюидное устройство вакцину от вируса гриппа H5N1. В результате вакцинированные LF-чипы продуцировали гораздо большее количество антител и плазматических клеток, чем выращенные на животных моделях. Более того, было обнаружено, что уровни многих цитокинов соответствовали аналогичным показателям вакцинированных людей.

"Животные были золотой серединой исследовательских моделей для разработки и тестирования новых вакцин, но их иммунные системы значительно отличаются от наших и не позволяют точно предсказать реакцию организма", - говорит Гириджа Гойал, первый автор исследования. "Наш LF-чип предлагает способ моделирования комплексной схемы иммунного ответа человека на инфекцию и вакцинацию и может значительно ускорить темпы и качество создания вакцин в будущем".

Разработанная технология по своей эффективности очень близки к работе настоящей иммунной системы и является оптимальным средой для проведения будущих исследований в области иммунологии и в разработке новых лекарственных препаратов.

Исследование было опубликовано в журнале Advanced Science.

Источники: Институт Wyss
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202103241
 https://wyss.harvard.edu/news/the-immune-system-is-very-complicated-but-now-its-on-a-chip/