Znajdź zawartość

Zespół z Mayo Clinic nauczył układ immunologiczny myszy zwalczania czerniaka złośliwego. Do spokrewnionego z wirusem wścieklizny wirusa pęcherzykowatego zapalenia jamy ustnej wprowadzono DNA pobrane z ludzkich komórek czerniaka. Dzięki temu szereg genów można było wprowadzić bezpośrednio do guza. Na wczesnym etapie badań w mniej niż 3 miesiące z minimalnymi skutkami ubocznymi wyleczono 60% gryzoni. Sądzimy, że ta technika pozwoli nam zidentyfikować całkowicie nowy zestaw genów, które kodują antygeny ważne dla stymulowania układu odpornościowego, tak aby odrzucił on nowotwór. [...] Zauważyliśmy, że by odrzucenie guza było najskuteczniejsze, u myszy kilka białek musi ulegać jednoczesnej ekspresji - tłumaczy dr Richard Vile. Wierzę, że uda nam się stworzyć eksperymentalne szczepionki, dzięki którym po kolei wyeliminujemy wszystkie nowotwory. Szczepiąc przeciwko wielu białkom naraz, mamy nadzieję leczyć guzy pierwotne i chronić przed wznową. Szczepionki powstające w ramach nurtu immunoterapii nowotworowej bazują na spostrzeżeniu, że guzy przystosowują się do powtarzalnych ataków układu odpornościowego, zmniejszając liczbę antygenów na powierzchni komórek. Przez to układowi odpornościowemu trudniej jest je rozpoznać. O ile jednak nowotwory mogą się nauczyć ukrywać przed zwykłym układem odpornościowym, o tyle nie są w stanie uciec przed układem immunologicznym wytrenowanym przez zmodyfikowany genetycznie wirus pęcherzykowatego zapalenia jamy ustnej. Nikt nie wie, ile antygenów układ odpornościowy widzi na powierzchni komórek nowotworowych. Doprowadzając do ekspresji wszystkich białek w wysoce immunogennych wirusach, zwiększamy ich widoczność dla systemu odpornościowego - wyjaśnia dr Vile.

Choć niektóre eksperymentalne szczepionki przeciw wirusowi HIV pozwalają na wytworzenie znacznej ilości przeciwciał, ich skuteczność jest znikoma. Przyczyna tego zjawiska pozostawała nieznana, lecz teraz, dzięki badaniom przeprowadzonym przez badaczy z Kalifornijskiego Instytutu Technologii (Caltech) zidentyfikowano możliwy mechanizm odpowiedzialny za słabe działanie leków. Zdaniem naukowców z Caltech, przyczyną niepowodzeń jest budowa przeciwciał wytwarzanych przez nasze organizmy. Cząsteczki te są najprawdopodobniej zbyt małe, by skutecznie zneutralizować wirusa i uniemożliwić mu skuteczne zakażenie komórek. Typowa cząsteczka przeciwciała przypomina swoim kształtem literę Y. Dwa końce molekuły, oddalone od siebie o ok. 15 nm, odpowiadają za wiązanie antygenów (czyli np. białek wirusowych), zaś trzeci odpowiada za aktywację kolejnych etapów odpowiedzi immunologicznej. Należy przy tym zaznaczyć, że aktywacja reakcji odpornościowej jest znacznie silniejsza po związaniu antygenu przez oba odpowiedzialne za to fragmenty, niż wtedy, gdy uda się to tylko jednemu z nich. W toku ewolucji HIV przybrał unikalną budowę. Na powierzchni pojedynczej cząstki wirusowej znajduje się zaledwie 15 kompleksów białkowych wysuniętych na tyle daleko, by możliwe było jej związanie przez przeciwciała (dla porównania, wirus grypy ma takich cząsteczek ok. 400). Oznacza to, że są one oddalone od siebie tak bardzo, że pojedyncze przeciwciało nie jest w stanie związać dwóch molekuł naraz. Prof. David Baltimore, laureat Nagrody Nobla za badania nad wirusami, ocenia uzyskane rezultaty: reakcja na to noworozpoznane wyzwanie będzie trudna, ponieważ zidentyfikowano nieodłączne ograniczenie efektywności praktycznie wszystkich naturalnych przeciwciał skierowanych przeciwko HIV. Bez wątpienia jest to bardzo istotna informacja dla badaczy pracujących nad opracowaniem skutecznej szczepionki chroniącej przed tym niezwykle groźnym patogenem.

Leczenie nowotworów z wykorzystaniem sił układu odpornościowego pacjenta jest jedną z najbardziej obiecujących form terapii, lecz jej wdrażanie rzadko przynosi oczekiwane efekty. Najnowszym pomysłem na zwiększenie intensywności odpowiedzi immunologicznej jest niewielki implant, którego zadaniem jest wabienie i aktywacja komórek zdolnych do uruchomienia reakcji immunologicznej przeciwko chorobie. Choć komórki nowotworowe wyraźnie różnią się od otaczającej tkanki, zwykle unikają "namierzenia" i zniszczenia przez układ immunologiczny. Mimo to, w niektórych przypadkach organizm chorego "budzi się" i dostrzega wroga, którego wcześniej pomijał. Stąd właśnie wziął się pomysł tzw. immunoterapii, czyli stymulacji komórek odpornościowych do działania. Zespół badaczy z Uniwersytetu Harvarda twierdzi, iż opracował wynalazek zdolny do skutecznego uruchomienia pożądanej reakcji organizmu. Pomysł naukowców, kierowanych przez Davida J. Mooneya, opiera się na wykorzystaniu aktywności komórek dendrytycznych (ang. dendritic cells - DC). Ta populacja komórek charakteryzuje się wyjątkowo silnie rozwiniętą zdolnością do tzw. prezentacji antygenów, czyli pochłaniania fragmentów komórek, które wydają się "podejrzane", i sygnalizowania innym elementom układu immunologicznego, iż wykryte białka są "godne uwagi" i należy je zniszczyć. Gdy tylko współpracujące komórki wykryją sygnał, aktywują się i rozpoczynają zmasowany atak na obce ciało. Problem polega jednak na tym, że terapie stymulujące ten proces wymagają zwykle pobrania DC od pacjenta i ich stymulacji poza jego organizmem, a następnie ich ponownego wszczepienia, co wiąże się z wysoką śmiertelnością komórek. Wynalazek zaprezentowany przez badaczy z Uniwersytetu Harvarda eliminuje ten problem, gdyż cały proces zachodzi z jego pomocą... we wnętrzu organizmu. Opracowany implant zbudowany jest z materiału używanego m.in. do produkcji rozpuszczalnych szwów chirurgicznych. Uformowano go do kształtu porowatej kostki i nasycono trzema rodzajami substancji. Pierwsza z nich to GM-CSF - drobne białko, należące do tzw. cytokin, wabiące DC i stymulujące ich namnażanie. Oprócz tego materiał został nasycony sekwencjami DNA charakterystycznymi dla bakterii, które miały posłużyć jako sygnał symulujący stan zagrożenia infekcją, oraz fragmentami komórek nowotworowych, pełniących funkcję wzorca ciała obcego mającego stać się celem ataku. Przeprowadzone testy wykazały, że myszy, którym wszczepiono implant, a następnie wyjątkowo agresywne komórki nowotworowe, przeżywały aż w 90% przypadków. Dla porównania, gryzonie, którym podano "pusty" implant (tzn. samą matrycę nienasyconą którymkolwiek ze składników stymulujących odpowiedź), trzeba było ze wzgledów humanitarnych uśmiercić po zaledwie trzech tygodniach od wszczepienia komórek nowotworowych. Jak twierdzą autorzy wynalazku, jego zastosowanie nie musi ograniczać się do leczenia nowotworów. Wspominają m.in. o wykorzystaniu go do osiągnięcia odwrotnej reakcji, czyli ograniczenia aktywności DC w celu leczenia chorób autoimmunizacyjnych, czyli takich, w których organizm rozpoczyna atak na własne tkanki. Do schorzeń takich należy m.in. stwardnienie rozsiane oraz reumatoidalne zapalenie stawów. Niestety, zanim zostaną uruchomione testy na ludziach oraz procedura dopuszczenia implantu do użycia, minie prawdopodobnie co najmniej kilka lat.

Badacze z Instytutu Biodesignu należącego do Uniwersytetu Stanu Arizona stworzyli nowy typ szczepionki opartej o bakterie rodzaju Salmonella. Nowa metoda ma szansę stać się skutecznym i powszechnym sposobem ochrony przed wieloma chorobami zakaźnymi. Eksperyment przeprowadzono, jak zwykle w tego typu sytuacjach, z wykorzystaniem myszy. Celem zabiegu było wywołanie skutecznej odpowiedzi immunologicznej przeciw jednemu z białek bakterii gatunku Streptococcus pneumoniae, powodujących zapalenie płuc. W tym celu skopiowano fragment genu kodującego tę proteinę i wprowadzono go do specjalnie przygotowanych komórek bakterii Salmonella enterica - powszechnie znanego mikroorganizmu powodującego zatrucia pokarmowe. Przygotowana w ten sposób bakteria łączyła dwie pożądane cechy: wykazywała zdolność do wywoływania silnej odpowiedzi immunologicznej, charakterystyczną dla bakterii Salmonella, i jednocześnie była nośnikiem charakterystycznego dla S. pneumoniae antygenu, czyli "znacznika" wykrywanego przez układ odpornościowy. Ze względów bezpieczeństwa konieczne było ograniczene szkodliwości podawanej szczepionki. Należało zadbać o to, by zapobiec gwałtownym objawom reakcji immunologicznej (należą do nich m.in. biegunka i rozłegły stan zapalny) oraz namnażaniu bakterii w organizmie poddawanemu uodpornieniu (immunizacji). Aby to osiągnąć, zmodyfikowano sposób produkcji ściany komórkowej bakterii w taki sposób, by była możliwa wyłącznie po dodaniu do pożywki mikrobiologicznej cukru arabinozy, nieobecnego w organizmach ssaków. Dzięki temu zabiegowi możliwa była produkcja szczepionki w warunkach laboratoryjnych i jednocześnie uniknięcie zagrożenia związanego z niekontrolowanym namnażaniem mikroorganizmu. Do organizmu myszy podawano żywe bakterie. Po przeniknięciu do ustroju utrzymywały one zdolność do produkcji antygenu związanego z bakteriami zapalenia płuc. Gdy organizm ssaka rozpoznawał infekcję, rozpoczynał odpowiedź immunologiczną prowadzącą do rozpadu komórek Salmonelli i przeniesieniu ich fragmentów do węzłów chłonnych, czyli miejsca prezentacji antygenów, na które w danej chwili należy odpowiedzieć. Oprócz cząsteczek wchodzących naturalnie w skład komórek Salmonella enterica uwalniany był także fragment białka S. pneumoniae, dzięki czemu układ odpornościowy "zapamiętywał" go jako szkodliwą cząsteczkę wymagającą zniszczenia. Kiedy po pewnym czasie podano myszom naturalną formę bakterii zapalenia płuc, ich organizm efektywnie niszczył mikroorganizmy i zwalczał infekcję. Jak tłumaczy Roy Curtiss, szef Centrum Chorób Zakaźnych i Wakcynologii (nauki o szczepionkach) w Instytucie Biodesignu, nowa metoda, polegająca na produkcji antygenu wewnątrz organizmu zamiast podawania go w "gotowej" postaci dramatycznie obniża koszt takich szczepionek i czyni je możliwymi do użycia w krajach rozwijających się. Jak zaznacza badacz, niezwykle istotne jest genetyczne zaprogramowanie rozpadu komórek bakterii, dzięki czemu nie stanowią one zagrożenia w razie niekontrolowanego uwolnienia do środowiska. Należy bowiem pamiętać, że przedostanie się Salmonelli do pożywienia mogłoby spowodować groźną epidemię. Szczegóły eksperymentu naukowcy opisują w najnowszym numerze czasopisma Proceedings of the National Academy of Sciences.

LIPS (ang. usta) - to akronim nazwy nowoczesnej techniki badawczej, która ma szansę otworzyć nowy rozdział w dziedzinie diagnostyki medycznej. Ze względu na swoją fenomenalną wręcz czułość oraz znikomy odsetek błedów istnieje szansa, że ta nowatorska metoda stanie się w niedalekiej przyszłości standardem stosowanym do wykonania testów, w których wiarygodność wyniku oraz zdolność do wykrycia minimalnych ilości przeciwciał jest kluczowym zadaniem. O szczegółach swojego pomysłu opowiedzieli na łamach czasopisma Biochemical and Biophysical Research Communications jego twórcy, Peter Burbelo i Michael Iadarola. Pełna nazwa techniki to Luciferase Immunoprecipitation Technology czyli "technologia immunoprecypitacji z użyciem lucyferazy". Lucyferaza to enzym wystepujący u niektórych zwierząt (w tym wypadku użyto jego odmiany pochodzącej od meduzy Renilla reniformis, lecz występuje on także np. u świetlika), który po dodaniu związku zwanego lucyferyną oraz źródła energii chemicznej wytwarza błękitne światło. Z kolei immunoprecypitacja jest to proces, w którym przeciwciała łączą się w wybiórczy sposób z określoną substancją chemiczną obecną w roztworze, a następnie tworzą wraz z nią nierozpuszczalny kompleks. O ile sama immunoprecypitacja nie jest techniką nową (stosowana jest rutynowo np. do testowania grup krwi), o tyle połączenie jej specyficzności z czułością osiągalną dzięki zastosowaniu lucyferazy daje ogromną poprawę jakości wyników. Jak dokładnie działa LIPS? W celu wykonania badania pobiera się od pacjenta próbkę krwi lub śliny, w której chcemy wykryć przeciwciała oraz zmierzyć ich stężenie. Następnie dodajemy do roztworu tzw. antygen (czyli substancję, na którą określony typ przeciwciał reaguje wiążąc ją ze sobą), który dzięki technikom inżynierii genetycznej połączony jest z cząsteczką lucyferazy. W tym momencie przeciwciała, o ile są obecne w próbce, zaczynają wiązać antygen i powodować wspomnianą wcześniej immunoprecypitację. Razem z antygenem z roztworu wytrąca się, oczywiście, związana z nim lucyferaza. Następnie całą objętość próbki przepłukuje się tak, aby usunąć wszystkie cząsteczki niezwiązane z przeciwciałami, tzn. wciąż unoszące się w roztworze (wytrącony osad wciąż pozostaje na dnie naczynia). Na samym końcu do pozostałego kompleksu dodaje się lucyferynę oraz źródło energii (pod postacią związku zwanego ATP) i odczytuje się jasność powstającego światła. Oprócz niezwykłej czułości LIPS posiada jeszcze jedną zaletę, zwaną liniowością. Oznacza to, że można precyzyjnie określić wynik w bardzo szerokiej skali, od bardzo niskich do bardzo wysokich stężeń. Przykładowo: stosowane dziś rutynowo techniki potrafią dać wiarygodny wynik w zakresie od 5000 do 15000 jednostek, tymczasem testy oparte o zastosowanie lucyferazy dają wynik w zakresie od zera aż do około miliona, a niejednokrotnie nawet więcej, jednostek. Największą wadą metody jest stosunkowo skomplikowany proces produkcji antygenów powiązanych z lucyferazą - można jednak liczyć, że w przypadku upowszechnienia się nowej techniki powstanie szeroki zakres odczynników niezbędnych do przeprowadzania testów w poszukiwaniu wielu różnych przeciwciał. Potencjalne zastosowania dla techniki, opracowanej na Uniwersytecie Georgetown przez dr. Petera Burbelo we współpracy z amerykańskim Narodowym Instytutem Zdrowia (NIH), są ogromne. Dzięki niezwykłej czułości testu możliwe będzie np. wykrywanie śladów infekcji wirusowej (w odpowiedzi na zakażenie pojawiają się w osoczu krwi przeciwciała), monitorowanie przebiegu chorób związanych z nieprawidłowym funkcjonowaniem układu odpornościowego (np. stwardnienia rozsianego lub reumatoidalnego zapalenia stawów), a dzięki ewentualnej modyfikacji metody - także różnorodne inne testy w poszukiwaniu ściśle określonych substancji w dowolnego rodzaju próbce. Dotychczas badacze skupili się na udoskonaleniu LIPS na potrzeby diagnostyki w tzw. zespole Stiffa-Persona, ciężkim schorzeniu neurologicznym wynikającym z tzw. autoagresji, czyli niepożądanej reakcji układu immunologicznego na własne tkanki. Sami przyznają jednak, że w ramach eksperymentu wytworzyli odczynniki do wykrywania śladów dwudziestu trzech innych chorób. Jak mówi dr Burbelo, Teraz musimy tylko zebrać odpowiednią ilość danych i, miejmy nadzieję, przekształcić je w konkretne wyniki.

Mimo nieprawdopodobnie szybkiego rozwoju nauki, wciąż jesteśmy bezradni wobec wielu form nowotworów. Na szczęście, naukowcom nie brakuje nowych pomysłów walkę z tą chorobą. Na przykład uważa się, że rozwojowi zmutowanych komórek sprzyja osłabienie układu odpornościowego. Dlatego właśnie naukowcy z Yale University starają się wzmocnić działanie tego układu, wykorzystując sztuczne cząsteczki przypominające komórki. Badania, którymi kieruje profesor Tarek Fahmy dały już bardzo obiecujące rezultaty. Wspomniane sztuczne "komórki" powodują bowiem 45-krotne wzmożenie aktywności limfocytów T, dzięki czemu organizm lepiej sobie radzi nie tylko ze zwalczaniem nowotworów, ale też wszelkich chorób zakaźnych. Co więcej, cząstki te pozwalają uruchomić reakcję na ściśle określone rodzaje infekcji. Dzieje się tak, ponieważ powierzchnia cząstek pokryta jest uniwersalnymi "złączkami", do których można przyczepić wybrane antygeny (nawet kilka rodzajów) oraz związki pomocnicze. Te z kolei wywołują odpowiednią reakcję limfocytów T. Dodatkowo z wnętrza "komórek" powoli uwalniane są cytokiny wzmacniające odpowiedź organizmu. Mechanizm ten symuluje naturalne zjawiska towarzyszące rozprzestrzenianiu się przeciwciał. Twórcy opisywanej metody zwracają uwagę, że jako pierwsza pozwala ona na tak precyzyjne sterowanie reakcją układu odpornościowego za pomocą powszechnie dostępnych środków. Sztuczne "komórki" wyprodukowano bowiem z tego samego materiału, co ulegające biodegradacji nici chirurgiczne. To z kolei daje szansę na szybkie zakończenie testów klinicznych, ponieważ używane przez naukowców substancje są już dopuszczone do użytku i dobrze przetestowane.

Jeśli terroryści posłużą się bronią biologiczną, znajdujące się we krwi lamy cząsteczki ostrzegą przed atakiem — donoszą naukowcy z Laboratorium Badawczego Marynarki USA. Przeciwciała są białkami wydzielanymi przez limfocyty B. Mają zdolność rozpoznawania antygenów. Układ odpornościowy wykorzystuje je więc do identyfikacji zagrożenia i unieszkodliwiania go. Naukowcy potrafią stworzyć immunoglobuliny skierowane przeciwko nowotworom i innym chorobom lub odgrywające rolę czujników ostrzegających przed niebezpiecznymi mikroorganizmami czy związkami chemicznymi. Niestety, na obecnym etapie rozwoju nauki te sztuczne twory ulegają nieodwracalnemu rozkładowi pod wpływem wysokiej temperatury, co ogranicza możliwość ich zastosowania w niektórych sytuacjach. Ellen Goldman, biochemik z Laboratorium Marynarki, Andrew Hayhurst, wirusolog z Southwest Foundation for Biomedical Research, i zespół badali przeciwciała lamy. Wcześniejsze studia wykazały, że regiony wiązania się z antygenami są u lam, wielbłądów i rekinów niezwykle małe (ich rozmiary to ok. 1/10 tego samego obszaru w ludzkim przeciwciele). Przeciwciała wymienionych zwierząt są zbudowane z łańcuchów ciężkich białek. Nie występują w nich dodatkowe lżejsze białka, które można zaobserwować u innych gatunków. Ta relatywna prostota budowy zwiększa trwałość przeciwciał, zdolność do przetrwania wysokich temperatur, dochodzących do 93 stopni Celsjusza. Naukowcy utworzyli w laboratorium ponad miliard rodzajów obszarów wiążących. Bazowali na genach wyekstrahowanych z próbek krwi lamy. Po przetestowaniu tak uzyskanych przeciwciał na różnych zagrożeniach biologicznych Amerykanie odkryli, że w ciągu kilku dni można uzyskać skuteczną broń do namierzania toksyn cholery, wirusa ospy czy rycyny. Bazując na istniejących w naturze rozwiązaniach, naukowcy chcą stworzyć przeciwciała o dłuższym okresie przechowywania, których nie trzeba będzie trzymać w lodówce. Goldman uważa, że opracowaną technologię można szybko ulepszać. Nowe przeciwciała wiążą się co prawda z odpowiednimi obiektami, ale badaczom zależy na tym, aby wiązały się mocniej. O dokonaniach Amerykanów można poczytać w grudniowym wydaniu magazynu Analytical Chemistry.