Os segredos de uma célula podem ser divulgados por sua superfície, decorada com dezenas a centenas de milhares de moléculas que ajudam as células do sistema imunológico a determinar o amigo do inimigo. Algumas dessas moléculas salientes são antígenos que desencadeiam o ataque do sistema imunológico, mas pode ser difícil para os cientistas identificar esses antígenos, que geralmente variam entre os indivíduos, na floresta molecular.
Uma equipe de cientistas de Stanford liderada por Polly Fordyce, pesquisadora do Instituto Sarafan ChEM-H, desenvolveu um novo método para prever com mais rapidez e precisão quais antígenos levarão a uma forte resposta imune. Sua abordagem, que foi relatada em Métodos da Natureza em 5 de setembro, poderia ajudar os cientistas a desenvolver imunoterapias contra o câncer mais eficazes.

As células T, uma classe de células imunes, rastejam e passam por outras células enquanto patrulham o corpo, usando receptores de células T para ler molecularmente peptídeos ou pequenos pedaços de proteínas – que são aninhados dentro de proteínas maiores chamadas de complexos principais de histocompatibilidade (pMHCs) que se projetam das superfícies das células. As células hospedeiras saudáveis ​​exibem uma série de pMHCs que não desencadeiam uma resposta imune, mas uma vez que as células T reconhecem os peptídeos indicadores de doenças, elas são ativadas para encontrar e matar células que carregam essas assinaturas estranhas. Compreender como as células T distinguem sensivelmente esses peptídeos antigênicos dos peptídeos do hospedeiro para evitar matar erroneamente as células do hospedeiro tem sido um mistério.

"Uma célula T pode detectar um único peptídeo antigênico entre um mar de 10.000 ou 100.000 peptídeos não antigênicos exibidos nas superfícies das células", disse Fordyce, professor assistente de bioengenharia e genética.

A chave para a seletividade está no rastreamento de células T. O deslizamento das células T coloca estresse nas ligações entre receptores e peptídeos e, na maioria dos casos, esse estresse extra é suficiente para quebrar essa ligação. Mas, às vezes, tem o efeito oposto. Chris Garcia, coautor do estudo e professor de fisiologia molecular e celular e de biologia estrutural, e outros já haviam demonstrado que os peptídeos mais antigênicos são aqueles cujas interações com os receptores das células T se fortalecem em resposta ao deslizamento.

"É como uma armadilha de dedos chinesa", disse Fordyce. "Quando você puxa um pouco a interação receptor-antígeno, a ligação dura mais tempo."

Mimetismo celular

Identificar os melhores pares antígeno-receptor requer aplicar simultaneamente essa força de deslizamento ou cisalhamento entre um peptídeo e uma célula T e medir a ativação da célula T, idealmente milhares de vezes para obter dados repetíveis para muitos pares de receptor de peptídeo/célula T possíveis. Mas os métodos existentes são demorados e podem resultar na medição de apenas um peptídeo com centenas de células T em um dia.

O primeiro autor do estudo, o estudioso de pós-doutorado Yinnian Feng, desenvolveu um truque que permite à equipe medir 20 peptídeos únicos que interagem com milhares de células T em menos de cinco horas.

Para fazer um sistema simplificado que imita células com peptídeos pendentes, eles construíram pequenas esferas esféricas de um material que se expande após o aquecimento e anexaram algumas moléculas de um determinado pMHC cravejado de peptídeos em suas superfícies. Depois de depositar uma célula T no topo de cada grânulo e esperar o tempo suficiente para que os receptores se liguem aos peptídeos, eles então aqueceram levemente o grânulo. A expansão da conta aumenta a distância entre os pontos de amarração, e o alongamento correspondente da célula T imita a força que ela experimentaria ao deslizar ao longo das células do corpo. Depois de exercer essa força, a equipe mediu a atividade das células T.

Eles poderiam fazer centenas de experimentos individuais em paralelo usando grânulos que são rotulados com uma cor única, tornando possível rastrear vários pMHCs diferentes. Eles tiraram dois conjuntos de fotos lado a lado em cada slide após cada execução:um conjunto que informa qual pMHC um determinado grânulo está exibindo e outro que informa o quão ativo cada célula T no topo desse grânulo está. A referência cruzada dessas imagens diz a eles quais antígenos levaram às respostas mais fortes das células T.

Nesta demonstração de sua plataforma, a equipe mostrou, com 21 peptídeos únicos, que seus resultados confirmaram peptídeos de ativação e não ativação conhecidos para um receptor de células T e descobriram um antígeno previamente desconhecido que induziu uma forte resposta de células T. Trabalhando com o laboratório Garcia, eles também já começaram a enfrentar um desafio na imunoterapia:os receptores de células T que formam as interações de maior afinidade com antígenos no laboratório também são frequentemente ativados por peptídeos não antigênicos no corpo, um efeito colateral perigoso que leva à morte de células saudáveis. Usando sua tecnologia, a equipe caracterizou os receptores de células T projetados para reconhecer especificamente os antígenos tumorais sem reatividade fora do alvo. Em trabalhos futuros, eles planejam construir bibliotecas de mais de 1.000 peptídeos para descobrir novos antígenos.

Eles esperam que essa abordagem, que é rápida e requer poucas células, ou uma forma otimizada dela, possa um dia ser usada para melhorar as imunoterapias personalizadas.

"Esta plataforma pode ajudar a melhorar os esforços para projetar células T que visam especificamente as células cancerígenas, bem como determinar quais antígenos são capazes de ativar potentemente as próprias células T de um paciente para atingir as células cancerígenas de forma mais eficaz", disse Fordyce.

Fordyce é membro do Stanford Bio-X, SPARK e do Wu Tsai Neurosciences Institute, e é um investigador do Chan Zuckerberg Biohub. Garcia é membro do Stanford Bio-X, do Stanford Cancer Institute, do Wu Tsai Neurosciences Institute e investigador do Howard Hughes Medical Institute. Xiang Zhao e Adam K. White também são autores do artigo. + Explorar mais

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