Pesquisadores da Escola Pritzker de Engenharia Molecular e do Departamento de Química da Universidade de Chicago projetaram pequenos microrobôs giratórios que se ligam a células do sistema imunológico para testar sua função. O robô, ou “hexápode”, oferece aos cientistas uma maneira nova e altamente adaptável de estudar células imunológicas e de auxiliar no projeto de imunoterapias contra câncer, infecções ou doenças autoimunes.



Cada robô hexápode possui seis braços contendo moléculas que podem ser reconhecidas como estranhas pelo sistema imunológico – como fragmentos de proteínas de um tumor, vírus ou bactéria. Os pesquisadores podem usar os hexápodes para escanear grandes coleções de células do sistema imunológico e descobrir quais células do sistema imunológico se ligam às moléculas estranhas de interesse e como os movimentos dos hexápodes afetam essa ligação.

"Numerosos aspectos de quais células imunológicas e como as moléculas imunológicas detectam os patógenos permanecem um território desconhecido, e agora temos esta nova ferramenta para nos ajudar a compreender as interações moleculares", disse Jun Huang, professor associado de engenharia molecular na Pritzker Molecular Engineering e co-sênior autor do novo artigo, publicado na Nature Methods .

“Os cientistas costumam usar biomateriais para estudar e manipular o sistema imunológico, mas desenvolvemos uma maneira de usar materiais inorgânicos, que é uma área incrivelmente inexplorada”, disse Bozhi Tian, ​​professor de química e outro co-autor sênior. "A vantagem destes materiais é que podemos alterar as suas propriedades de muitas outras maneiras."

Uma 'célula T' em um palheiro

As células T são um tipo de glóbulo branco responsável por reconhecer patógenos estranhos que foram processados ​​por células dendríticas – células imunológicas com longos braços ramificados que capturam patógenos e exibem pedaços de moléculas dos patógenos em sua superfície. Existem trilhões de células T distintas no corpo de uma pessoa, cada uma com um receptor de células T diferente que está sintonizado para reconhecer uma molécula patogênica (antígeno) em uma célula dendrítica.

Os pesquisadores que desejam aumentar o poder do sistema imunológico para combater um antígeno específico geralmente desejam saber quais células T reconhecem esse patógeno. Mas encontrar a correspondência exata entre os triliões de células T é como encontrar uma agulha num palheiro.

“As pessoas desenvolveram maneiras de fazer isso, mas dependem principalmente de um receptor de células T se ligar a um antígeno”, disse Xiaodan Huang, um dos co-autores do artigo. “Como alguns receptores de células T podem se ligar a um antígeno sem provocar uma forte resposta imunológica na célula, sabíamos que este não era um substituto perfeito”.

Plataformas anteriores para estudar células T também não conseguiam imitar o papel da força física na interação entre células dendríticas e receptores de células T; eles geralmente dependiam de antígenos isolados que não se comportavam como células dendríticas vivas.

Uma célula dendrítica robótica

Para superar esses desafios, os pesquisadores projetaram uma minúscula imitação robótica de uma célula dendrítica. O bot tem um núcleo magnético central giratório e seis braços feitos de dióxido de silício (o composto que compõe a maior parte da areia) aos quais os antígenos podem ser anexados.

Os grupos de laboratório de Tian e Huang usaram pares conhecidos de receptores de células T-antígeno para testar a eficácia do hexápode. Eles colocaram cópias do antígeno em todas as seis pernas e depois mergulharam o hexápode em misturas de células T. Mesmo quando a célula T correspondente estava presente em pequenas quantidades entre muitas outras células T, os hexápodes ligavam-se apenas à célula correta.

“Ficamos extremamente felizes com o bom funcionamento do sistema”, disse Lingyuan Meng, um dos co-autores do artigo. “O fato de poder selecionar as células T certas com uma precisão tão alta excedeu as nossas expectativas”.

Além disso, a equipe de pesquisa mostrou que poderia analisar a resposta imune resultante nas células T que se ligaram ao hexápode. Por exemplo, quando duas células T diferentes se ligam ao hexápode, elas podem determinar qual delas leva a uma atividade imunológica mais forte. O grupo também descobriu que a força exercida pelo hexápode giratório levou a respostas imunológicas mais fortes do que quando as mesmas células T se ligavam a antígenos estáticos.

“Gostaríamos agora de começar a aplicar isto a outros antígenos, incluindo aqueles de cânceres humanos e patógenos”, disse Huang. “Há muitas questões, tanto científicas básicas como clinicamente relevantes, que podem ser exploradas usando estes hexápodes.”

Por exemplo, os hexápodes poderiam ser usados ​​para identificar as células T que reagem mais fortemente a certos antígenos.

Mais informações: Xiaodan Huang et al, Sondagem multimodal de reconhecimento de células T com heteroestruturas hexápodes, Nature Methods (2024). DOI:10.1038/s41592-023-02165-7
Fornecido pela Universidade de Chicago