Cuando su sistema inmunitario está expuesto a una vacuna, un alergeno o un microbio infeccioso, subconjuntos de células T que pueden reconocer un intruso extraño saltan a la acción. Algunas de estas células T están preparadas para matar las células infectadas, mientras que otras sirven comocélulas de memoria que circulan por todo el cuerpo, vigilando en caso de que vuelva a aparecer el invasor.
Los investigadores del MIT han ideado una forma de identificar las células T que comparten un objetivo particular, como parte de un proceso llamado secuenciación de ARN de una sola célula de alto rendimiento. Este tipo de perfil puede revelar las funciones únicas de esas células T al determinar quégenes que activan en un momento dado. En un nuevo estudio, los investigadores utilizaron esta técnica para identificar las células T que producen la inflamación que se observa en pacientes con alergias al maní.
En el trabajo que ahora está en marcha, los investigadores están utilizando este método para estudiar cómo las células T de los pacientes responden a la inmunoterapia oral para las alergias al maní, lo que podría ayudarlos a determinar si la terapia funcionará para un paciente en particular. Tales estudios también podrían ayudarguiar a los investigadores en el desarrollo y prueba de nuevos tratamientos.
"Las alergias alimentarias afectan aproximadamente al 5 por ciento de la población, y en realidad no existe una intervención clínica clara que no sea la evitación, que puede causar mucho estrés para las familias y para los propios pacientes", dice J. Christopher Love, Raymond Ay Helen E. St. Laurent, profesora de Ingeniería Química y miembro del Instituto Koch para la Investigación Integral del Cáncer del MIT. "Comprender la biología subyacente de lo que impulsa estas reacciones sigue siendo una pregunta realmente crítica".
Love y Alex K. Shalek, profesor asociado de desarrollo profesional de Pfizer-Laubach en el MIT, profesor asociado de química, miembro principal del Instituto de Ingeniería y Ciencias Médicas IMES del MIT y miembro extramural del KochInstituto, son los autores principales del estudio, que aparece hoy en Inmunología de la naturaleza . Los autores principales del artículo son el estudiante graduado Ang Andy Tu y el ex postdoc Todd Gierahn.
Extrayendo información
El nuevo método de los investigadores se basa en su trabajo previo desarrollando técnicas para realizar rápidamente la secuenciación de ARN de una sola célula en grandes poblaciones de células. Al secuenciar el ARN mensajero, los científicos pueden descubrir qué genes se están expresando en un momento dado, dándoles una idea defunciones de las células individuales.
La secuenciación de ARN en las células inmunes, como las células T, es de gran interés porque las células T tienen muchas funciones diferentes en la respuesta inmune. Sin embargo, los estudios de secuenciación anteriores no pudieron identificar poblaciones de células T que responden a un objetivo particular,o antígeno, que está determinado por la secuencia del receptor de células T TCR. Esto se debe a que la secuenciación de ARN de una sola célula generalmente marca y secuencia solo un extremo de cada molécula de ARN, y la mayor parte de la variación en los genes del receptor de células T se encuentra enel extremo opuesto de la molécula, que no se secuencia.
"Durante mucho tiempo, las personas han estado describiendo las células T y su transcriptoma con este método, pero sin información sobre qué tipo de receptor de células T tienen realmente las células", dice Tu. "Cuando comenzó este proyecto, estábamos pensando encómo podríamos tratar de recuperar esa información de estas bibliotecas de una manera que no oscurezca la resolución de celda única de estos conjuntos de datos, y no requiera que cambiemos drásticamente nuestro flujo de trabajo y plataforma de secuenciación ".
En una sola célula T, el ARN que codifica los receptores de células T constituye menos del 1 por ciento del ARN total de la célula, por lo que el equipo del MIT ideó una forma de amplificar esas moléculas de ARN específicas y luego extraerlas de la muestra totalpara que puedan secuenciarse por completo. Cada molécula de ARN está etiquetada con un código de barras para revelar de qué célula proviene, para que los investigadores puedan unir los objetivos de las células T con sus patrones de expresión de ARN. Esto les permite determinar qué genes sonactivo en poblaciones de células T que se dirigen a antígenos específicos.
"Para poner en contexto la función de las células T, debes entender qué es lo que están tratando de reconocer", dice Shalek. "Este método te permite tomar bibliotecas de secuenciación de ARN de una sola célula existentes y extraer secuencias relevantes quepodría querer caracterizar. En esencia, el enfoque es una estrategia sencilla para extraer parte de la información que está oculta dentro de los datos de perfiles de expresión de todo el genoma ".
Otra ventaja de esta técnica es que no requiere productos químicos costosos, depende del equipo que muchos laboratorios ya tienen y puede aplicarse a muchas muestras procesadas previamente, dicen los investigadores.
Analizando alergias
en el Inmunología de la naturaleza artículo, los investigadores demostraron que podían utilizar esta técnica para seleccionar las células T de ratón que estaban activas contra el virus del papiloma humano, después de que los ratones habían sido vacunados contra el virus. Descubrieron que, aunque todas estas células T reaccionaron a lavirus, las células tenían diferentes TCR y parecían estar en diferentes etapas de desarrollo: algunas estaban muy activadas para matar las células infectadas, mientras que otras se centraron en crecer y dividirse.
Luego, los investigadores analizaron las células T tomadas de cuatro pacientes con alergias al maní. Después de exponer las células a los alergenos del maní, pudieron identificar las células T que estaban activas contra esos alérgenos. También mostraron qué subgrupos de células T eran las más activas, y encontré algunos que estaban produciendo las citocinas inflamatorias que generalmente están asociadas con reacciones alérgicas.
"Ahora podemos comenzar a estratificar los datos para revelar cuáles son las células más importantes, que no pudimos identificar antes solo con la secuenciación de ARN", dice Tu.
El laboratorio de Love ahora está trabajando con investigadores del Hospital General de Massachusetts para utilizar esta técnica para rastrear las respuestas inmunitarias de las personas que reciben inmunoterapia oral para las alergias al maní, una técnica que implica consumir pequeñas cantidades de alérgenos, lo que permite que el sistema inmunitario se acumuletolerancia a eso
En ensayos clínicos, se ha demostrado que esta técnica funciona en algunos pacientes, pero no en todos. El equipo de MIT / MGH espera que su estudio ayude a identificar los factores que podrían usarse para predecir qué pacientes responderán mejor al tratamiento.
"Uno ciertamente quisiera tener una mejor idea de si una intervención va a ser exitosa o no, tan pronto como sea posible", dice Love.
Esta estrategia también podría usarse para ayudar a desarrollar y controlar los tratamientos de inmunoterapia para el cáncer, como la terapia con células CAR-T, que implica programar las propias células T de un paciente para atacar un tumor. El laboratorio de Shalek también está aplicando activamente esta técnica con colaboradores enel Instituto Ragon de MGH, MIT y Harvard para identificar las células T que están involucradas en la lucha contra infecciones como el VIH y la tuberculosis.
La investigación fue financiada por la beca de apoyo del Instituto Koch núcleo de los Institutos Nacionales de Salud, el Proyecto Puente del Centro de Cáncer Dana-Farber / Harvard del Instituto Koch, la Iniciativa de Ciencia de Alergia Alimentaria en el Instituto Broad del MIT y HarvardFundación Arnold y Mabel Beckman, un Premio Searle Scholar, una Beca de Investigación Sloan en Química, el programa Pew-Stewart Scholars y los Institutos Nacionales de Salud.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Anne Trafton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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