نشان داده شده است که ارگانوئیدها باعث سرعت بخشیدن به توسعه واکسن مهندسی شده گلیکو می شوند

آزمایش اثربخشی یک نامزد واکسن معمولاً یک فرآیند طولانی است و پاسخ ایمنی یک مدل حیوانی حدود دو ماه طول می کشد.

یک تیم چند موسسه به رهبری مت دلیسا، پروفسور ویلیام ال. لوئیس در دانشکده مهندسی شیمی بیومولکولی اسمیت، در مهندسی کرنل، در حال توسعه روشی است که بیش از یک مرتبه سریعتر است.

این تیم با استفاده از یک ارگانوئید مبتنی بر بیومواد، که در آزمایشگاه پروفسور سابق کرنل آنکور سینگ، اکنون در دانشکده مهندسی مکانیک وودراف در موسسه فناوری جورجیا، ساخته شده است، توانست در عرض چند روز قدرت پاسخ ایمنی را ارزیابی کند.

دلیزا گفت: «مسئله این است که بتوانیم تعداد بسیار بیشتری از کاندیداهای واکسن را در یک آزمایش بازجویی کنیم و این کار را خیلی سریعتر انجام دهیم. ما می‌توانیم قدرت ده‌ها یا حتی صدها آنتی‌ژن زیرواحد واکسن را در یک زمان مشخص کنیم و پاسخ‌های ایمونولوژیک به هر کدام را می‌توان در عرض چهار روز مشاهده کرد.»

DeLisa و Singh از نویسندگان ارشد “Profiling Germinal Center-like B سلول پاسخ به واکسن های مزدوج با استفاده از ارگانوئیدهای ایمنی مصنوعی، که در علوم مرکزی ACS.

نویسندگان همکار Tyler Moeller، Ph.D. ’21، میکروبیولوژیست در نیروی دریایی ایالات متحده. و شیوم شاه، دکتری. سال 20، اکنون دانشجوی دانشکده پزشکی دانشگاه کلمبیا است.

یکی از نقاط کانونی آزمایشگاه DeLisa نوع خاصی از واکسن است که به نام گلیکوکونژوگیت شناخته می‌شود، که سیستم ایمنی را آموزش می‌دهد تا به پلی ساکاریدهای خاصی که در قسمت بیرونی باکتری‌های بیماری‌زا یا سلول‌های بدخیم یافت می‌شوند پاسخ دهد. اگرچه تمام سلول‌ها در طبیعت با پلی‌ساکاریدهای مختلف روی سطوحشان تزئین شده‌اند، گلیکوکونژوگیت‌ها به‌طور سفارشی مهندسی شده‌اند تا پلی‌ساکاریدهای منحصربه‌فردی را که فقط روی یک باکتری بیماری‌زا یا سلول سرطانی وجود دارند، هدف قرار دهند.

وی گفت: طراحی و مهندسی گلیکوکونژوگیت ها در برابر اهداف بیماری های مختلف بخش مهمی از واکسنولوژی است. در مورد باکتری‌های بیماری‌زا، واکسن‌های گلیکوکونژوگیت معمولاً پلی‌ساکاریدهای مرتبط با لیپید معروف به پلی‌ساکاریدهای کپسولی یا لیپوپلی‌ساکاریدها را هدف قرار می‌دهند که می‌توان آن‌ها را به عنوان اثر انگشت بیومولکولی در نظر گرفت که هر نوع پاتوژن اثر انگشت پلی‌ساکارید مشخصی را روی سطح خود نشان می‌دهد.

دلیزا گفت که این پلی ساکاریدهای سطح بیرونی یک “پاشنه آشیل” را نشان می دهند که می تواند یک پاتوژن را در برابر واکسن های گلیکوکونژوگه که ساختارهای کربوهیدراتی آن را هدف قرار می دهند، حساس کند.

واکسن‌ها باعث افزایش خوشه‌بندی گیرنده‌های سلول B در مراکز ژرمینال می‌شوند، که وقتی واکسن تولید آنتی‌بادی از سلول‌های B را آغاز می‌کند، تشکیل می‌شوند. بررسی این پاسخ های مهم مرکز ژرمینال در موجودات زنده مانند موش دشوار است. برای حل این مشکل، آزمایشگاه سینگ مدل‌های آزمایشگاهی سیستم ایمنی را بر اساس کشت‌های ارگانوئیدی توسعه داده است که بررسی پیچیدگی‌های پاسخ‌های ایمنی را آسان‌تر می‌کند.

پروتکل محققان به جای استفاده از مدل‌های موش برای مشخص کردن قدرت گلیکوکونژوگه‌های آن‌ها – و تنها قادر به انجام یک آزمایش برای هر حیوان – از بافت یک موش برای ایجاد صدها ارگانوئید ایمنی استفاده می‌کند که هر کدام می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند. برای ارزیابی یک نامزد واکسن متفاوت

سینگ می‌گوید: «فرض کنیم صدها مورد از این واکسن‌ها را می‌سازیم، زیرا واکسن‌های مهندسی شده گلیکو را می‌توان به روش‌های مختلفی مونتاژ کرد. “عملاً غیرممکن است – از دیدگاه پرسنل، استفاده از حیوانات و از نظر مالی – داشتن هزاران مدل حیوانی برای مطالعات. در اینجا، از یک طحال موش، ما می‌توانیم صدها مورد از این ارگانوئیدها را بسازیم، که سپس می‌توانند برای تبدیل آزمایش اولیه واکسن به یک فرآیند ساده که تنها چند روز طول می کشد، استفاده شود.

سلول‌های B مرکز ژرمینال بسیاری از جنبه‌های پاسخ ایمنی طبیعی، از جمله تولید کلون‌های آنتی‌بادی جهش‌یافته که طیف وسیعی از تمایلات به آنتی‌ژن ایمن‌کننده را دارند، خلاصه می‌کنند. به گفته سینگ، زیبایی این روش توانایی کشف آنتی‌بادی‌های با میل ترکیبی بالا است که ویژگی آنتی ژن – در این مورد یا جزء پلی‌ساکارید یا جزء پروتئین – را با استفاده از یک بافت موش دارند.

او گفت: «هیچ‌کس این کار را نکرده است. توانایی جستجوی کلون‌های با میل ترکیبی بالا از ارگانوئید، و یافتن بهترین آنتی‌بادی‌های باکیفیت در چنین مدت زمان کوتاهی، می‌تواند بازی را تغییر دهد.»

برای این کار، تیم فقط دو نامزد واکسن گلیکوکونژوگیت را آزمایش کردند که یکی از آنها به عنوان یک ایمونوژن قوی و دیگری ضعیف‌تر شناخته شده است. ارزیابی های ارگانوئیدی قدرت نسبی هر نامزد را تایید کرد.

DeLisa گفت: “بیومارکرهای ارگانوئیدی سلول B که ما شناسایی کرده بودیم، در واقع پیش بینی کننده ایمنی قوی تر و ضعیف تر دو کاندید آزمایش ما بودند.” بنابراین ما فکر می‌کنیم که اکنون همه قطعات برای یک مطالعه بعدی آماده هستند، که در آن از ارگانوئیدهای ایمنی برای غربالگری کتابخانه بزرگی از انواع گلیکوکونژوگیت برای کشف قوی‌ترین طرح‌ها استفاده می‌شود، که ما اکنون روی آن کار می‌کنیم.»

آزمایش‌های بیشتر شامل تعداد بیشتر و انواع مختلف واکسن‌ها و تحقیقات بیشتر در مورد پاسخ ایمنی خاص و تولید آنتی‌بادی‌هایی است که توسط انواع مختلف واکسن ایجاد می‌شود.