佐治亚理工学院的研究人员开发了实验室培养的人体免疫系统模型，称为免疫类器官，用于研究癌症患者的免疫功能并改善疫苗开发。这些合成水凝胶模拟免疫环境，可以精确研究免疫脆弱性，特别是淋巴瘤幸存者的免疫脆弱性，并促进创新治疗方法。
这些微型模型有可能显著加快疫苗开发、推动癌症治疗研究并改善多种疾病的健康状况。
为了更深入地了解为什么一些癌症患者难以抵抗感染，佐治亚理工学院的研究人员开发了实验室培养的微型人体免疫系统模型。
这些微型模型（称为人类免疫类器官）模拟了现实环境中的免疫细胞，在这些环境中，免疫细胞学会识别和攻击有害入侵者并对疫苗作出反应。这些类器官不仅是研究和观察癌症免疫功能的强大新工具，而且它们的使用还可能加速疫苗的开发，更好地预测患者的疾病治疗反应，甚至加快临床试验。
乔治·W·伍德拉夫机械工程学院 Carl Ring 家族教授、佐治亚理工学院和埃默里大学 Wallace H. Coulter 生物医学工程系教授 Ankur Singh 表示：“我们的合成水凝胶为人类免疫类器官创造了突破性的环境，使我们能够从头开始模拟抗体的产生，更加精确，持续时间更长。”
“这是我们首次能够利用血液在合成凝胶中重现和维持复杂的免疫过程，并有效追踪 B 细胞反应，”他补充道。“这对于理解和治疗接受癌症治疗的淋巴瘤患者的免疫脆弱性具有重大意义，希望其他疾病也能如此。”
在 Singh 的带领下，该团队创建了实验室培养的免疫系统，模仿人类扁桃体和淋巴结组织，以更准确地研究免疫反应。他们的研究成果发表在《自然材料》杂志上，标志着向更接近人类免疫学的体外模型的转变。该团队还包括来自埃默里大学、亚特兰大儿童医院和范德比尔特大学的研究人员。
设计微型免疫系统模型研究人员受到启发，想要解决生物医学科学的一个关键问题：将动物模型的临床前发现转化为有效的临床结果的成功率很低，特别是在免疫、感染和疫苗反应的背景下。
“虽然动物模型对许多类型的研究都很有价值，但它们往往无法准确反映真实的人类免疫生物学、疾病机制和治疗反应，”生物工程博士生、论文第一作者 Monica (Zhe) Zhong 说道：“为了解决这个问题，我们设计了一个新模型，它可以在分子、细胞、组织和系统层面忠实地复制人类免疫生物学的独特复杂性。”
左图为免疫器官芯片，其中的类器官（右）被培育出来，用于研究人类捐献者的反应。右图显示与抗体反应相关的免疫细胞类型的发育。图片来源：佐治亚理工学院 Ankur Singh
研究团队利用合成水凝胶重建了一种微环境，人类血液和扁桃体中的 B 细胞可以在其中成熟并产生抗体。当健康捐献者或淋巴瘤患者的免疫细胞在这些凝胶状环境中培养时，类器官可以支持更长时间的细胞功能，从而允许抗体形成和适应等过程发生——类似于人体。利用类器官治疗个别患者有助于预测该个体对感染的反应。
这些模型还使研究人员能够在各种条件下控制和测试免疫反应。研究小组发现，并非所有组织来源都相同，扁桃体细胞的寿命问题也不容乐观。他们使用专门的装置研究健康免疫细胞对帮助它们抵抗感染的信号的反应，而这些信号未能在似乎已从免疫疗法治疗中康复的淋巴瘤幸存者的细胞中引发相同的反应。
研究团队利用嵌入新型免疫器官芯片技术的类器官，观察到接受某些免疫疗法治疗的淋巴瘤幸存者的免疫细胞不会像在强烈免疫反应中那样自行组织成特定的“区域”。最近的临床研究结果证实，这种组织不齐可能有助于解释癌症幸存者面临的一些免疫挑战。
改变游戏规则的技术这项研究主要针对传染病研究人员、癌症研究人员、免疫学家和致力于改善患者治疗效果的医疗保健专业人员。通过研究这些微型免疫系统，他们可以确定当前治疗方法无效的原因，并探索增强免疫防御的新策略。
“接受 CD20 靶向疗法治疗的淋巴瘤患者通常更容易感染，而且这种感染在完成治疗后可能会持续数年。了解这些对抗体反应的长期影响可能是改善淋巴瘤幸存者的安全性和生活质量的关键。”埃默里大学温希普癌症研究所血液学和肿瘤学系副教授、论文合著者 Jean Koff 博士说：“这项技术提供了更深入的生物学见解和一种创新的方法来监测免疫缺陷随时间推移的恢复情况。它可以帮助临床医生更好地识别哪些患者可以从降低感染风险的特定干预措施中受益。”
这项研究的另一个关键且有希望的方面是它的可扩展性：单个研究人员可以一次性制作数百个类器官。该模型能够针对不同的人群（包括健康和免疫抑制患者），这大大提高了其在疫苗和治疗测试中的可用性。
据佐治亚理工学院免疫工程中心主任辛格介绍，该团队正在将研究推向新的领域，包括开发细胞疗法和老年免疫系统模型来解决与衰老相关的问题。
“归根结底，这项研究最直接影响的是癌症患者和幸存者，他们经常与免疫反应减弱作斗争，并且可能对疫苗等标准治疗反应不佳，”Singh 解释道：“这一突破可能带来增强免疫防御的新方法，最终帮助脆弱的患者保持更健康并更全面地康复。”
这项工作最初由 Wellcome Leap HOPE 项目资助。这项支持导致了近期资金的增加，其中包括最近来自美国国家过敏和传染病研究所的750 万美元资助。
参考文献：“人类免疫类器官解码健康供体和淋巴瘤患者的 B 细胞反应”作者：Zhe Zhu、Manuel Quiñones-Pérez、Zhonghao Dai、Valeria M. Juarez、Eshant Bhatia、Christopher R. Carlson、Shivem B. Shah、Anjali Patel、周放、Thomas Hu、Mayar Allam、Sakeenah L. Hicks、Mansi Gupta、Sneh Lata Gupta、Ethan Weeks、Stephanie D. Vagelos、Alejandro Molina、Adriana Mulero-Ruse、Ana Mora-Boza、Devyani J. Joshi、Rafick P. Sekaly、Todd Sulchek、Steven L. Goudy、Jens Wrammert、Krishnendu Roy、Jeremy M. Boss、Ahmet F. Coskun、Christopher D. Scharer、Andrés J. García、Jean L. Koff 和 Ankur Singh， 2024 年 11 月 6 日，《自然材料》。DOI：10.1038/s41563-024-02037-1
来源：佐治亚理工学院
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