Komórki odpornościowe w organizmie stale reagują na sygnały pochodzące od komórek nowotworowych, innych komórek odpornościowych i mikroorganizmów. Komunikaty te wytwarzają specyficzne wzorce ekspresji molekularnej, które są istotne w przypadku chorób takich jak rak, choroba autoimmunologiczna, infekcja i stan zapalny, a także w interwencjach terapeutycznych. Dostrzeżenie tych wzorców było dla naukowców trudne ze względu na znikome ilości odpowiednich cząsteczek w komórkach. Badacze wykonali obecnie ważny krok w odkrywaniu tych wzorców molekularnych w komórkach odpornościowych z krwi, a tym samym odkrywaniu nowych wskaźników zdrowia i choroby.
Badanie przeprowadzili naukowcy CellPrint Biotechnology LLC, Case Western Reserve University i Cleveland Clinic Foundation pod przewodnictwem profesora Davida Kaplana. Ich prace opublikowano w recenzowanym czasopiśmie Journal of Cellular and Molecular Medicine.
Profesor Kaplan wyjaśnił, że ich metoda opiera się na bardziej zaawansowanej wersji cytometrii przepływowej – technologii, która mierzy, co dzieje się wewnątrz poszczególnych komórek, przepuszczając je przez wiązkę lasera w celu wykrycia znajdujących się w nich cząsteczek. W przeciwieństwie do tradycyjnych podejść, nowa wersja ma nawet sto razy lepszą rozdzielczość, co oznacza, że może wykrywać cząsteczki występujące w bardzo małych ilościach i analizować sposób, w jaki są one połączone. „Nasza technologia amplifikacji wykazała się doskonałą czułością, a dzięki niedawnemu rozwojowi cytometrii o ograniczonych wymiarach osiągnęliśmy wysoki poziom precyzji” – zauważył profesor Kaplan. Cytometria o ograniczonych wymiarach to uproszczona metoda pomiaru mniejszej liczby cech jednocześnie, pozwalająca uzyskać wyraźniejsze i bardziej wiarygodne wyniki.
Zespół profesora Kaplana po raz pierwszy wykazał, że metoda ta działa poprzez zbadanie dobrze znanego szlaku układu odpornościowego zwanego szlakiem stymulatora genów interferonu, który uruchamia pierwszą linię obrony organizmu przed infekcjami. Wykorzystując próbki od zdrowych ochotników, potwierdzono, że ich system może mierzyć zmiany molekularne w sposób stały i przewidywalny. Pokazało to, że opracowana przez nich metoda może uchwycić zarówno szerszy obraz, jak i dokładniejsze szczegóły przemieszczania się sygnałów w komórkach.
Później, gdy tę samą metodę przetestowano na próbkach krwi poddanych działaniu leku, o którym wiadomo, że powoduje śmierć komórek, pojawiły się nieoczekiwane prawidłowości. Niektóre cząsteczki sygnalizacyjne zachowały swoje relacje, inne rozdzieliły się i powstały zupełnie nowe połączenia. Jeden z przykładów dotyczył grupy cząsteczek powiązanych z zaprogramowaną śmiercią komórki – naturalnym procesem, podczas którego stare lub uszkodzone komórki są bezpiecznie usuwane. Niektóre cząsteczki komórkowe były ze sobą ściśle powiązane przed leczeniem, ale po wprowadzeniu leku wykazywały zerwaną koordynację. Odkrycia te sugerują, że leki mogą zmienić wewnętrzne funkcjonowanie komórek w sposób, który mógłby zostać przeoczony mniej czułymi technikami.
Co równie uderzające, metoda zastosowana do próbek krwi od osób cierpiących na zaburzenia komórek plazmatycznych, takie jak szpiczak mnogi, nowotwór komórek plazmatycznych i amyloidoza – schorzenie polegające na nieprawidłowym gromadzeniu się białek w tkankach, pozwoliła odkryć unikalne wzorce sygnalizacji dla różnych typów komórek. Monocyty, czyli komórki odpornościowe zwalczające infekcję, oraz pomocnicze komórki T, które kierują odpowiedzią immunologiczną, wykazywały charakterystyczne zestawy interakcji molekularnych, z pewnymi cząsteczkami silnie powiązanymi w jednym typie komórek, ale nie w drugim. Zespół wierzy, że te różnice mogą mieć kluczowe znaczenie dla zrozumienia rozwoju i postępu tych chorób.
Profesor Kaplan podkreślił szersze znaczenie ich pracy: “Opisaliśmy uproszczoną technologię, opartą na technologii amplifikacji sygnału i cytometrii o ograniczonych wymiarach, która pozwala na analizę sieci sygnalizacyjnej w jednojądrzastych komórkach krwi z próbek klinicznych. Analiza ta prawdopodobnie dostarczy cennych, nowych spostrzeżeń na temat udziału sieci sygnalizacyjnej w patofizjologii i patogenezie”. Patofizjologia odnosi się do zmian w funkcjach organizmu spowodowanych chorobą, natomiast patogeneza oznacza pochodzenie i rozwój choroby.
Wyniki tego badania profesora Kaplana nie tylko pokazują, że sygnalizację komórkową można zobrazować z dużą przejrzystością, ale także wskazują, że te mapy molekularne mogą poprowadzić lekarzy i naukowców w kierunku lepszych sposobów zrozumienia, a nawet przewidywania zachowania choroby. Pokazując, w jaki sposób cząsteczki komórek odpornościowych krwi odmiennie oddziałują na siebie w chorobie i zdrowiu, metoda ta może zainspirować nowe kierunki diagnostyki, rokowania i leczenia. Diagnoza to proces identyfikacji choroby, rokowanie to prawdopodobny przebieg lub wynik tej choroby, a leczenie to sposób, w jaki lekarze radzą sobie z nią.
Ponieważ sygnalizacja komórkowa leży w centrum wielu chorób, możliwe zastosowania tego odkrycia są szerokie. Wyniki mogą pomóc klinicystom monitorować przebieg choroby w czasie rzeczywistym, mierzyć reakcję pacjentów na leczenie i odkrywać ukryte ścieżki, które mają znaczenie w leczeniu nowotworów i zaburzeń układu odpornościowego. Badanie profesora Kaplana i jego zespołu pokazuje, że wsłuchując się w ciche rozmowy wewnątrz komórek odpornościowych krwi, nauka zbliża się do przekształcenia tych subtelnych sygnałów w znaczące spostrzeżenia kliniczne.
Odniesienie do czasopisma
Kaplan D., Lazarus HM, Valent J., Anwer F., Mazzoni S., Samaras C., Williams L., Nakashima M., Hanna M., Raza S., Christian E., Khouri J. „Signalling Network Analysis of Blood Mononuklear Cells From Clinical Samples by Bivariate Correlation.” Journal of Cellular and Molecular Medicine, 2025; Tom 29. DOI: https://doi.org/10.1111/jcmm.70550
O autorze
Profesor Kaplan uzyskał stopień doktora i doktora na Uniwersytecie w Chicago. Pełnił funkcję rezydenta patologii w Barnes and Jewish Hospitals w Saint Louis, a swoje wysiłki badawcze kontynuował jako stażysta podoktorski na Washington University. Dr Kaplan dołączył do wydziału medycyny na Uniwersytecie Case Western Reserve, gdzie założył laboratorium badań biomedycznych. Pełnił także funkcję dyrektora laboratoriów immunologii diagnostycznej i wirusologii w szpitalach uniwersyteckich w Cleveland. Dokonał wielu nowatorskich osiągnięć w swoich badaniach, w tym pierwszego klonowania ludzkich cytotoksycznych limfocytów T specyficznych dla wirusa grypy, pierwszego stabilnego transferu genów do ludzkich limfocytów T, pierwszego zastosowania antysensownego DNA w celu wyłączenia ekspresji specyficznych białek w ludzkich komórkach T oraz pierwszego opisu cząsteczek powierzchniowych komórek T aktywnych w pośredniczeniu w immunoregulacji.
