Des chercheurs de la Pritzker School of Molecular Engineering et du Département de chimie de l’Université de Chicago ont conçu de minuscules microrobots rotatifs qui se lient aux cellules immunitaires pour sonder leur fonction. Le robot, ou « hexapode », offre aux scientifiques une nouvelle façon hautement adaptable d'étudier les cellules immunitaires et de contribuer à la conception d'immunothérapies contre le cancer, les infections ou les maladies auto-immunes.
Chaque robot hexapode possède six bras contenant des molécules qui pourraient être reconnues comme étrangères par le système immunitaire, telles que des fragments de protéines provenant d'une tumeur, d'un virus ou d'une bactérie. Les chercheurs peuvent utiliser les hexapodes pour analyser de grandes collections de cellules immunitaires et découvrir quelles cellules immunitaires se lient aux molécules étrangères d'intérêt et comment les mouvements des hexapodes affectent cette liaison.
"De nombreux aspects concernant les cellules immunitaires et la manière dont les molécules immunitaires détectent les agents pathogènes restent un territoire inexploré, et nous disposons désormais de ce nouvel outil pour nous aider à comprendre les interactions moléculaires", a déclaré Jun Huang, professeur agrégé de génie moléculaire à Pritzker Molecular Engineering et co-senior auteur du nouvel article, publié dans Nature Methods .
"Les scientifiques utilisent souvent des biomatériaux pour étudier et manipuler le système immunitaire, mais nous avons développé un moyen d'utiliser des matériaux inorganiques, ce qui constitue un domaine incroyablement inexploré", a déclaré Bozhi Tian, professeur de chimie et autre co-auteur principal. "L'avantage de ces matériaux est que nous pouvons modifier leurs propriétés de bien d'autres façons."
Les lymphocytes T sont un type de globules blancs chargés de reconnaître les agents pathogènes étrangers qui ont été traités par les cellules dendritiques, des cellules immunitaires dotées de longs bras ramifiés qui capturent les agents pathogènes et affichent des morceaux de molécules pathogènes à leur surface. Il existe des milliards de lymphocytes T distincts dans le corps d'une personne, chacun doté d'un récepteur de lymphocytes T différent, finement réglé pour reconnaître une molécule pathogène (antigène) sur une cellule dendritique.
Les chercheurs qui souhaitent renforcer la capacité du système immunitaire à combattre un antigène particulier veulent souvent savoir quel lymphocyte T reconnaît cet agent pathogène. Mais trouver la correspondance exacte parmi les milliards de cellules T, c'est comme chercher une aiguille dans une botte de foin.
"Les gens ont développé des moyens pour y parvenir, mais ils dépendent principalement de la question de savoir si un récepteur de lymphocytes T se lie à un antigène", a déclaré Xiaodan Huang, l'un des co-premiers auteurs de l'article. "Étant donné que certains récepteurs des lymphocytes T peuvent se lier à un antigène sans provoquer une forte réponse immunitaire dans la cellule, nous savions que ce n'était pas un proxy parfait."
Les plates-formes précédentes pour étudier les cellules T ne pouvaient pas non plus imiter le rôle de la force physique dans l'interaction entre les cellules dendritiques et les récepteurs des cellules T ; ils s'appuyaient généralement sur des antigènes isolés qui ne se comportent pas comme une cellule dendritique vivante.
Pour surmonter ces défis, les chercheurs ont conçu une minuscule imitation robotique d’une cellule dendritique. Le robot possède un noyau magnétique central en rotation et six bras en dioxyde de silicium (le composé dont est composé la plupart du sable) auxquels des antigènes peuvent être attachés.
Les groupes de laboratoire de Tian et Huang ont utilisé des paires connues de récepteurs antigène-cellule T pour tester l'efficacité de l'hexapode. Ils ont placé des copies de l’antigène sur les six pattes, puis ont immergé l’hexapode dans un mélange de cellules T. Même lorsque le lymphocyte T correspondant était présent en petites quantités parmi de nombreux autres lymphocytes T, les hexapodes ne se liaient qu'à la bonne cellule.
"Nous avons été incroyablement satisfaits du fonctionnement du système", a déclaré Lingyuan Meng, l'un des co-premiers auteurs de l'article. "Le fait qu'il puisse détecter les bons lymphocytes T avec une telle précision a dépassé nos attentes."
En outre, l’équipe de recherche a montré qu’elle pouvait analyser la réponse immunitaire résultante dans les cellules T liées à l’hexapode. Par exemple, lorsque deux lymphocytes T différents se liaient à l’hexapode, ils pouvaient déterminer lequel conduisait à une activité immunitaire plus forte. Le groupe a également découvert que la force exercée par l'hexapode en rotation entraînait des réponses immunitaires plus fortes que lorsque les mêmes cellules T se liaient à des antigènes statiques.
"Nous aimerions maintenant commencer à appliquer cela à d'autres antigènes, y compris ceux provenant de cancers humains et d'agents pathogènes", a déclaré Huang. "De nombreuses questions, tant scientifiques fondamentales que cliniques pertinentes, peuvent être explorées à l'aide de ces hexapodes."
Par exemple, les hexapodes pourraient être utilisés pour identifier les cellules T qui réagissent le plus fortement à certains antigènes.
Plus d'informations : Xiaodan Huang et al, Sondage multimodal de la reconnaissance des lymphocytes T avec des hétérostructures hexapodes, Nature Methods (2024). DOI :10.1038/s41592-023-02165-7
Fourni par l'Université de Chicago
