Pour mieux comprendre pourquoi certains patients atteints de cancer ont du mal à combattre les infections, les chercheurs de Georgia Tech ont créé de minuscules modèles de système immunitaire humain développés en laboratoire.
Ces modèles miniatures – ; connus sous le nom d’organoïdes immunitaires humains – ; imitez l'environnement réel dans lequel les cellules immunitaires apprennent à reconnaître et à attaquer les envahisseurs nuisibles et à réagir aux vaccins. Non seulement ces organoïdes constituent de nouveaux outils puissants pour étudier et observer la fonction immunitaire dans le cancer, mais leur utilisation est susceptible d’accélérer le développement de vaccins, de mieux prédire la réponse des patients au traitement de la maladie et même d’accélérer les essais cliniques.
Nos hydrogels synthétiques créent un environnement révolutionnaire pour les organoïdes immunitaires humains, nous permettant de modéliser la production d'anticorps à partir de zéro, plus précisément et pour une durée plus longue. »
Ankur Singh, professeur de la famille Carl Ring à l'école de génie mécanique George W. Woodruff et professeur au département de génie biomédical Wallace H. Coulter à Georgia Tech et Emory
« Pour la première fois, nous pouvons recréer et maintenir des processus immunologiques complexes dans un gel synthétique, en utilisant du sang, et suivre efficacement les réponses des lymphocytes B », a-t-il ajouté. « Cela change la donne pour comprendre et traiter les vulnérabilités immunitaires chez les patients atteints de lymphome qui ont subi un traitement contre le cancer – et, espérons-le, d'autres troubles également. »
Dirigée par Singh, l’équipe a créé des systèmes immunitaires développés en laboratoire qui imitent les amygdales humaines et les tissus des ganglions lymphatiques afin d’étudier les réponses immunitaires avec plus de précision. Les résultats de leurs recherches, publiés dans la revue Matériaux naturelsmarquent une évolution vers des modèles in vitro qui représentent plus fidèlement l’immunologie humaine. L'équipe comprenait également des enquêteurs de l'Université Emory, de l'Hôpital pour enfants d'Atlanta et de l'Université Vanderbilt.
Concevoir un petit modèle de système immunitaire
Les chercheurs ont été inspirés par l’idée d’aborder un problème critique de la science biomédicale : le faible taux de réussite dans la traduction des résultats précliniques des modèles animaux en résultats cliniques efficaces, en particulier dans le contexte de l’immunité, des infections et des réponses vaccinales.
« Bien que les modèles animaux soient précieux pour de nombreux types de recherche, ils ne parviennent souvent pas à refléter avec précision la biologie immunitaire humaine, les mécanismes de la maladie et les réponses aux traitements », a déclaré Monica (Zhe) Zhong, titulaire d'un doctorat en bio-ingénierie. étudiant et premier auteur de l’article. « Pour résoudre ce problème, nous avons conçu un nouveau modèle qui reproduit fidèlement la complexité unique de la biologie immunitaire humaine aux niveaux moléculaire, cellulaire, tissulaire et systémique. »
L’équipe a utilisé des hydrogels synthétiques pour recréer un microenvironnement dans lequel les cellules B du sang humain et des amygdales peuvent mûrir et produire des anticorps. Lorsque des cellules immunitaires provenant de donneurs sains ou de patients atteints de lymphome sont cultivées dans ces environnements semblables à un gel, les organoïdes soutiennent une fonction cellulaire plus longue, permettant ainsi à des processus tels que la formation et l'adaptation d'anticorps de se produire – ; semblable au corps humain. L’utilisation des organoïdes pour des patients individuels permet de prédire comment cet individu réagira à l’infection.
Les modèles permettent également aux chercheurs de contrôler et de tester les réponses immunitaires dans diverses conditions. L’équipe a découvert que toutes les sources de tissus ne sont pas identiques et que les cellules des amygdales étaient aux prises avec des problèmes de longévité. Ils ont utilisé une configuration spécialisée pour étudier comment les cellules immunitaires saines réagissent aux signaux qui les aident à combattre les infections, ce qui n'a pas réussi à déclencher la même réponse dans les cellules des survivants du lymphome qui semblent s'être remis d'un traitement d'immunothérapie.
En utilisant des organoïdes intégrés dans une nouvelle technologie d’organe immunitaire sur puce, l’équipe a observé que les cellules immunitaires des survivants du lymphome traités avec certaines immunothérapies ne s’organisent pas en « zones » spécifiques, comme elles le feraient normalement dans une réponse immunitaire forte. Ce manque d’organisation peut contribuer à expliquer certains défis immunitaires auxquels sont confrontés les survivants du cancer, comme le prouvent les récentes découvertes cliniques.
Une technologie qui change la donne
Cette recherche intéresse principalement les chercheurs en maladies infectieuses, les chercheurs en cancérologie, les immunologistes et les professionnels de la santé qui se consacrent à l’amélioration des résultats pour les patients. En étudiant ces systèmes immunitaires miniatures, ils peuvent identifier pourquoi les traitements actuels pourraient ne pas être efficaces et explorer de nouvelles stratégies pour renforcer les défenses immunitaires.
« Les patients atteints de lymphome traités avec des thérapies ciblant le CD20 sont souvent confrontés à une susceptibilité accrue aux infections qui peuvent persister des années après la fin du traitement. Comprendre ces impacts à long terme sur les réponses en anticorps pourrait être essentiel pour améliorer à la fois la sécurité et la qualité de vie des survivants du lymphome », a déclaré le Dr . Jean Koff, professeur agrégé au département d'hématologie et d'oncologie du Winship Cancer Institute de l'Université Emory et co-auteur de l'article.
« Cette technologie fournit des informations biologiques plus approfondies et une manière innovante de surveiller la guérison des défauts immunologiques au fil du temps. Elle pourrait aider les cliniciens à mieux identifier les patients qui bénéficieraient d'interventions spécifiques réduisant le risque d'infection », a ajouté Koff.
Un autre aspect critique et prometteur de la recherche est son évolutivité : un chercheur individuel peut fabriquer des centaines d’organoïdes en une seule séance. La capacité du modèle à cibler différentes populations – ; patients sains et immunodéprimés – ; augmente considérablement son utilisation pour les tests vaccinaux et thérapeutiques.
Selon Singh, qui dirige le Centre d'immuno-ingénierie de Georgia Tech, l'équipe pousse déjà la recherche dans de nouvelles dimensions, notamment en développant des thérapies cellulaires et un modèle de système immunitaire âgé pour répondre aux questions liées au vieillissement.
« En fin de compte, ce travail affecte le plus immédiatement les patients atteints de cancer et leurs survivants, qui luttent souvent contre des réponses immunitaires affaiblies et peuvent ne pas bien répondre aux traitements standards comme les vaccins », a expliqué Singh. « Cette avancée pourrait conduire à de nouvelles façons de renforcer les défenses immunitaires, aidant ainsi les patients vulnérables à rester en meilleure santé et à se rétablir plus complètement. »
Les travaux ont été initialement financés par le programme Wellcome Leap HOPE. Ce soutien a conduit à une augmentation du financement récent, notamment une récente subvention de 7,5 millions de dollars de l'Institut national des allergies et des maladies infectieuses.
