Investigadores de la Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular y el Departamento de Química de la Universidad de Chicago han diseñado pequeños microrobots giratorios que se unen a células inmunes para probar su función. El robot, o "hexápodo", ofrece a los científicos una forma nueva y altamente adaptable de estudiar las células inmunitarias y ayudar en el diseño de inmunoterapias contra el cáncer, las infecciones o las enfermedades autoinmunes.
Cada robot hexápodo tiene seis brazos que contienen moléculas que el sistema inmunológico podría reconocer como extrañas, como fragmentos de proteínas de un tumor, un virus o una bacteria. Los investigadores pueden utilizar los hexápodos para escanear grandes colecciones de células inmunes y descubrir qué células inmunes se unen a las moléculas extrañas de interés y cómo los movimientos de los hexápodos impactan esa unión.
"Numerosos aspectos de qué células inmunes y cómo las moléculas inmunes detectan patógenos siguen siendo territorio inexplorado, y ahora tenemos esta nueva herramienta para ayudarnos a comprender las interacciones moleculares", dijo Jun Huang, profesor asociado de ingeniería molecular en Pritzker Molecular Engineering y codirector autor del nuevo artículo, publicado en Nature Methods .
"Los científicos suelen utilizar biomateriales para estudiar y manipular el sistema inmunológico, pero hemos desarrollado una forma de utilizar materiales inorgánicos, que es un área increíblemente inexplorada", dijo Bozhi Tian, profesor de química y otro coautor principal. "La ventaja de estos materiales es que podemos cambiar sus propiedades de muchas más maneras."
Las células T son un tipo de glóbulo blanco responsable de reconocer patógenos extraños que han sido procesados por células dendríticas:células inmunes con brazos largos y ramificados que capturan patógenos y muestran fragmentos de sus moléculas en su superficie. Hay billones de células T distintas en el cuerpo de una persona, cada una con un receptor de células T diferente que está finamente sintonizado para reconocer una molécula patógena (antígeno) en una célula dendrítica.
Los investigadores que quieren aumentar el poder del sistema inmunológico para combatir un antígeno en particular a menudo quieren saber qué célula T reconoce ese patógeno. Pero encontrar la coincidencia exacta entre los billones de células T es como encontrar una aguja en un pajar.
"La gente ha desarrollado formas de hacer esto, pero dependen principalmente de si un receptor de células T se une a un antígeno", dijo Xiaodan Huang, uno de los primeros coautores del artículo. "Dado que algunos receptores de células T pueden unirse a un antígeno sin provocar una fuerte respuesta inmune en la célula, sabíamos que este no era un sustituto perfecto".
Las plataformas anteriores para estudiar las células T tampoco podían imitar el papel de la fuerza física en la interacción entre las células dendríticas y los receptores de las células T; generalmente se basaron en antígenos aislados que no se comportan como una célula dendrítica viva.
Para superar estos desafíos, los investigadores diseñaron un minúsculo imitador robótico de una célula dendrítica. El robot tiene un núcleo magnético central giratorio y seis brazos hechos de dióxido de silicio (el compuesto del que está compuesta la mayor parte de la arena) a los que se pueden unir antígenos.
Los grupos de laboratorio de Tian y Huang utilizaron pares conocidos de antígeno-receptor de células T para probar la eficacia del hexápodo. Pusieron copias del antígeno en las seis patas y luego sumergieron el hexápodo en mezclas de células T. Incluso cuando la célula T correspondiente estaba presente en pequeñas cantidades entre muchas otras células T, los hexápodos se unieron sólo a la célula correcta.
"Estábamos increíblemente contentos con lo bien que funcionó el sistema", dijo Lingyuan Meng, uno de los primeros coautores del artículo. "El hecho de que pudiera seleccionar las células T adecuadas con una precisión tan alta superó nuestras expectativas."
Además, el equipo de investigación demostró que podían analizar la respuesta inmune resultante en las células T que se unían al hexápodo. Por ejemplo, cuando dos células T diferentes se unieron al hexápodo, pudieron determinar cuál conducía a una actividad inmune más fuerte. El grupo también descubrió que la fuerza ejercida por el hexápodo giratorio conducía a respuestas inmunes más fuertes que cuando las mismas células T se unían a antígenos estáticos.
"Ahora nos gustaría comenzar a aplicar esto a otros antígenos, incluidos los de cánceres y patógenos humanos", dijo Huang. "Hay muchas preguntas, tanto científicas básicas como clínicamente relevantes, que pueden explorarse utilizando estos hexápodos".
Por ejemplo, los hexápodos podrían usarse para identificar las células T que reaccionan con mayor fuerza a ciertos antígenos.
Más información: Xiaodan Huang et al, Sondeo multimodal del reconocimiento de células T con heteroestructuras de hexápodos, Nature Methods (2024). DOI:10.1038/s41592-023-02165-7
Proporcionado por la Universidad de Chicago
