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Geometria é a chave para o acionamento de células T

As células T protegem o corpo de substâncias estranhas (conhecidas como antígenos) e são um componente essencial do sistema imunológico do corpo. Novas imunoterapias que usam células T do próprio paciente para tratar doenças já se mostraram notavelmente eficazes no tratamento de alguns tipos de câncer, e pesquisadores de câncer em todo o mundo estão correndo para melhorar esses tratamentos e aplicá-los de forma mais ampla.

O envolvimento entre células T e antígenos desencadeia a resposta imune, com cascata de sinais dentro da célula T. O processo envolve uma intrincada coreografia de proteínas receptoras e seus ligantes na ou perto da superfície da célula T e da célula apresentadora de antígeno (APC).

Composto de uma micrografia eletrônica de varredura
e imagem de imunofluorescência mostrando uma célula T
(SEM) em uma série de aglomerados de ligantes de
receptores de células T, fluorescentemente marcados
vermelho. O sinal verde fluorescente vem da fosforilação
de um componente do receptor da célula T, indicando que
o disparo ocorreu (ou seja, a célula T foi estimulada).
Crédito: Haogang Cai / Columbia Engineering
A equipe de pesquisadores, liderada por Columbia Engenharia Aplicada físico Shalom J. vento e da Universidade de Oxford e NYU-Langone Medical Center biólogo Michael L. Dustin, revelou as bases geométricas de T-cell desencadeantes através da engenharia precisa da geometria receptor de células T em todas as três dimensões. Eles usaram a nanofabricação para criar uma superfície biomimética que simula os principais recursos do APC. Esta superfície apresenta ligandos do receptor de células T (moléculas que se ligam e estimulam os receptores na superfície da célula T) de uma variedade de diferentes arranjos geométricos, com diferentes espaçamentos inter-ligando organizados em aglomerados de tamanho variável. As descobertas estão publicadas online hoje na Nature Nanotechnology.

"Nossos resultados podem ter um impacto significativo no campo da imunoterapia adotiva , que vem tendo um sucesso notável recentemente no tratamento de certos tipos de câncer", diz Wind. "Nossa abordagem de nanoengenharia nos permitiu investigar o papel que a geometria desempenha no acionamento de células T com precisão e controle sem precedentes. Ficamos muito interessados ​​em determinar a importância do arranjo geométrico das moléculas para os primeiros passos da estimulação de células T, porque isso poderia fornecer uma nova visão sobre este processo e pode até oferecer uma nova maneira de controlar a ativação das células T. "

O novo avanço nas superfícies biomiméticas nanofabricadas da equipe, que foi fundamental para o estudo publicado hoje, foi o desenvolvimento de uma maneira de colocar os ligantes em "nanopartículas" na superfície, controlando efetivamente a distância entre a célula T e a APC, enquanto ao mesmo tempo controlando o espaçamento entre os ligandos individuais. Eles também desenvolveram uma técnica para introduzir outras moléculas que desempenham um papel importante no envolvimento de células T / APC e permitiram que elas se ligassem umas às outras.

A combinação dessas inovações - o controle geométrico preciso da posição do ligante junto com a colocação dos ligantes nas nanopartículas e permitindo que as moléculas adicionais desempenhem seu papel usual - levou a uma descoberta impressionante: um aumento acentuado no desencadeamento de células T quando o espaçamento de ligante caiu abaixo de 50 nm. Mas esse limiar apareceu apenas quando a célula T foi separada da superfície (ou superfície da APC) por cerca de 23 nm, usando nanopartículas. Os pesquisadores mostraram que este foi um resultado decorrente dos aspectos espaciais do CD45, uma proteína cujo papel fisiológico é inibir a ativação do receptor de células T. Se a célula T e a APC estiverem muito próximas, então o CD45, que é uma molécula "grande", é "espremido" da área, permitindo que a ativação do receptor de células T prossiga. Com algum espaço adicional entre as células.

Micrografia eletrônica de varredura em cores
falsas de uma célula T (verde) em uma matriz
de aglomerados de ligantes de receptores
de células T (não visível) ligados a
nanopartículas de ouro-paládio
(ouro, há sete em cada cluster).
Filopodia (extensões celulares) alcançam
e contatam os clusters diretamente.
Crédito: Haogang Cai / Columbia Engineering
O papel da exclusão de CD45 do receptor de células T tem sido um tema quente entre os pesquisadores de imunologia: alguns pensam que é um requisito absoluto para o desencadeamento de receptores, enquanto outros dizem que ele desempenha apenas um papel parcial. "Em nosso estudo, pudemos não apenas observar um limiar espacial que mostra que a exclusão do CD45 é importante, mas também ver que o desencadeamento pode ocorrer mesmo quando o CD45 não é totalmente segregado da região do receptor de células T, desde que o espaçamento é pequeno ", diz Dustin, que é professor do Instituto Kennedy de Reumatologia. "Isso não só lança luz importante sobre a questão da exclusão do CD45, mas sugere um papel funcional para o preenchimento do receptor de células T em dimensões próximas".

Esse projeto altamente interdisciplinar combinou o processamento de dispositivos semicondutores com biologia celular, química de superfície e bioquímica. A equipe da Columbia, que incluía Michael Sheetz, que incluía Michael Sheetz, professor emérito de Ciências Biológicas e Engenharia Biomédica e diretor do Instituto de Mecanobiologia de Cingapura, combinou seus conhecimentos, utilizando as ferramentas e técnicas originalmente desenvolvidas pela indústria de semicondutores para fabricar transistores e adaptando-os para abordar questões importantes da biologia celular. A equipe vem colaborando na detecção de geometria celular há quase 15 anos. Eles usam padrões litográficos, deposição de filmes finos e gravação para criar "chips" que são construídos em lâminas de microscópio, em vez de lâminas de silício.

Dustin observou: "Esta foi uma grande colaboração, pois os biólogos têm lutado com maneiras de controlar com precisão o espaço entre as células. Os engenheiros da Columbia desenvolveram um método para" elevar "a célula T ao vivo em 10 nm sobre uma superfície biomimética desenvolvida pela Equipe da NYU / Oxford. Esses elementos se uniram para abordar uma questão fundamental de relevância para a imunoterapia. "

Os resultados relatados hoje podem ter aplicações importantes na imunoterapia adotiva e possivelmente além. Com o conhecimento específico dos parâmetros geométricos subjacentes ao desencadeamento do receptor de células T, os pesquisadores poderiam melhorar algumas terapias, por exemplo, projetando novos receptores de antígenos quiméricos (que são a base para a terapia de células T CAR) com características geométricas específicas que otimizam os resultados terapêuticos . Superfícies nanofabricadas como as usadas neste trabalho também podem ser usadas para melhorar a expansão e ativação de células T fora do corpo, possivelmente aumentando a eficiência desse tipo de imunoterapia e diminuindo o tempo de tratamento.

"Este trabalho é realmente inteligente", diz Carl S. June, professor de imunoterapia da Escola de Medicina Perelman, da Universidade da Pensilvânia, e pioneiro da terapia de transferência de células T adotivas, que não esteve envolvido no estudo. "A evidência direta de um papel não linear desempenhado dentro e fora do plano da membrana no desencadeamento do TCR (receptor de células T) é bastante nova e tem implicações no design das células T do CAR. Essa abordagem pode guiar o desenvolvimento de CARs que teriam uma melhor discriminação entre células tumorais e células normais que têm menor densidade de alvo. "

Sheetz acrescenta: "Esta tecnologia pode ter um papel muito maior em abordar a questão geral de como o espaçamento entre células, bem como entre células e substratos, pode afetar os processos de sinalização".

"Além do nosso foco na imunoterapia", observa Wind, "este trabalho mostra como o poder da tecnologia de fabricação de transistores pode ser aplicado a problemas na biomedicina. Seguir esse caminho promete levar a desenvolvimentos mais empolgantes no futuro".

Referência de informação

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The article is a translation of the content of this work » English, Geometry is key to T-cell triggering, phys.org
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