Los secretos de una célula pueden ser divulgados por su superficie, decorada con decenas a cientos de miles de moléculas que ayudan a las células inmunitarias a distinguir al amigo del enemigo. Algunas de esas moléculas que sobresalen son antígenos que activan el ataque del sistema inmunológico, pero puede ser difícil para los científicos identificar esos antígenos, que a menudo varían entre individuos, en el bosque molecular.

Un equipo de científicos de Stanford dirigido por Polly Fordyce, una becaria del Instituto Sarafan ChEM-H, ha desarrollado un nuevo método para predecir con mayor rapidez y precisión qué antígenos conducirán a una fuerte respuesta inmune. Su enfoque, que se informó en Nature Methods el 5 de septiembre, podría ayudar a los científicos a desarrollar inmunoterapias contra el cáncer más eficaces.

Las células T, una clase de células inmunitarias, se arrastran y aplastan a otras células mientras patrullan el cuerpo, utilizando receptores de células T para leer molecularmente péptidos, o fragmentos cortos de proteínas, que se encuentran dentro de proteínas más grandes llamadas complejos principales de histocompatibilidad (pMHC). que se proyectan desde las superficies celulares. Las células huésped sanas muestran una serie de pMHC que no desencadenan una respuesta inmunitaria, pero una vez que las células T reconocen los péptidos indicadores de enfermedades, se activan para encontrar y matar células que portan estas firmas extrañas. Comprender cómo las células T distinguen con sensibilidad estos péptidos antigénicos de los péptidos del huésped para evitar matar por error a las células del huésped ha sido durante mucho tiempo un misterio.

"Una célula T puede detectar un solo péptido antigénico entre un mar de 10 000 o 100 000 péptidos no antigénicos que se muestran en las superficies celulares", dijo Fordyce, profesor asistente de bioingeniería y genética.

La clave de la selectividad está en el rastreo de células T. El deslizamiento de las células T ejerce presión sobre los enlaces entre los receptores y los péptidos y, en la mayoría de los casos, ese estrés adicional es suficiente para romper ese enlace. Pero a veces, tiene el efecto contrario. Chris Garcia, coautor del estudio y profesor de fisiología molecular y celular y de biología estructural, y otros ya habían demostrado que los péptidos más antigénicos son aquellos cuyas interacciones con los receptores de células T se fortalecen en respuesta al deslizamiento.

"Es como una trampa para dedos china", dijo Fordyce. "Cuando tiras un poco de la interacción receptor-antígeno, la unión en realidad dura más".

Mímica celular

Identificar los mejores pares antígeno-receptor requiere aplicar simultáneamente esa fuerza de deslizamiento o cizallamiento entre un péptido y una célula T y medir la activación de las células T, idealmente miles de veces para obtener datos repetibles para muchos posibles pares de receptores de péptidos/células T. Pero los métodos existentes requieren mucho tiempo y pueden resultar en medir solo un péptido con cientos de células T en un día.

El primer autor del estudio, el académico postdoctoral Yinnian Feng, desarrolló un truco que permite al equipo medir 20 péptidos únicos que interactúan con miles de células T en menos de cinco horas.

Para hacer un sistema simplificado que imita a las células con péptidos colgantes, construyeron pequeñas perlas esféricas de un material que se expande al calentarse y adhirieron algunas moléculas de un pMHC repleto de péptidos a sus superficies. Después de depositar una célula T encima de cada perla y esperar el tiempo suficiente para que los receptores se unan a los péptidos, calentaron ligeramente la perla. La expansión de la perla aumenta la distancia entre los puntos de anclaje, y el estiramiento correspondiente de la célula T imita la fuerza que experimentaría al deslizarse a lo largo de las células del cuerpo. Después de ejercer esa fuerza, el equipo midió qué tan activas eran las células T.

Podrían hacer cientos de experimentos individuales en paralelo mediante el uso de perlas que están etiquetadas con un color único, lo que hace posible rastrear múltiples pMHC diferentes. Tomaron dos conjuntos de imágenes en mosaico en cada diapositiva después de cada ejecución:un conjunto que les dice qué pMHC está mostrando una perla determinada y otro que les dice qué tan activa es cada célula T encima de esa perla. La referencia cruzada de esas imágenes les dice qué antígenos llevaron a las respuestas de células T más fuertes.

En esta demostración de su plataforma, el equipo mostró, con 21 péptidos únicos, que sus resultados confirmaron péptidos activadores y no activadores conocidos para un receptor de células T y descubrieron un antígeno previamente desconocido que inducía una fuerte respuesta de células T. Al trabajar con el laboratorio de García, también han comenzado a abordar un desafío en la inmunoterapia:los receptores de células T que forman las interacciones de mayor afinidad con los antígenos en el laboratorio a menudo también son activados por péptidos no antigénicos en el cuerpo, un efecto secundario peligroso. que conduce a la destrucción de células sanas. Usando su tecnología, el equipo caracterizó los receptores de células T diseñados para reconocer específicamente antígenos tumorales sin reactividad fuera del objetivo. En el trabajo futuro, planean construir bibliotecas de más de 1000 péptidos para descubrir nuevos antígenos.

Esperan que este enfoque, que es rápido y requiere pocas células, o una forma optimizada del mismo, pueda usarse algún día para mejorar las inmunoterapias personalizadas.

"Esta plataforma puede ayudar a mejorar los esfuerzos para diseñar células T que se dirijan específicamente a las células cancerosas, así como a determinar qué antígenos son capaces de activar de manera potente las propias células T de un paciente para que se dirijan de manera más efectiva a las células cancerosas", dijo Fordyce.

Fordyce es miembro de Stanford Bio-X, SPARK y el Instituto de Neurociencias Wu Tsai, y es investigador de Chan Zuckerberg Biohub. García es miembro de Stanford Bio-X, el Instituto del Cáncer de Stanford, el Instituto de Neurociencias Wu Tsai y un investigador del Instituto Médico Howard Hughes. Xiang Zhao y Adam K. White también son autores del artículo. + Explora más

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