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Tracciamento del sistema immunitario
Il sistema immunitario umano è complesso, con più tipi di cellule dislocate in tutto il corpo, pronte a sferrare un attacco al primo segno di infezione. Tuttavia, non esisteva uno strumento clinico per misurare una risposta immunitaria mentre viaggia attraverso il corpo. Un tale strumento sarebbe utile per monitorare le reazioni immunitarie a malattie come il cancro. Ci sono stati casi in cui il sistema immunitario combatte con successo un tumore e altri in cui stimola la crescita del tumore. Trovare un farmaco efficace per curare il cancro è anche complicato, poiché molti farmaci in realtà sopprimono la funzione immunitaria, causando infezioni che potrebbero essere pericolose per la vita. Capire come reagisce il sistema immunitario a determinati tipi di cancro e farmaci potrebbe aiutare i medici a diagnosticare e curare meglio i pazienti.
Reazione immunitaria: Una nuova sonda di imaging PET illumina le cellule immunitarie mentre attacca l'infezione all'interno di un topo. Le aree verdi indicano la presenza di cellule immunitarie attive.
Ora gli scienziati del Jonsson Comprehensive Cancer Center dell'UCLA hanno sviluppato una sonda di imaging per la tomografia a emissione di positroni (PET) che traccia una risposta immunitaria in tutto il corpo mentre combatte il cancro e le infezioni. Gli scienziati hanno pubblicato i risultati del loro studio nell'edizione online della rivista Medicina della natura .
L'obiettivo dei ricercatori non era tracciare tipi specifici di cellule immunitarie, ma immaginare una risposta immunitaria nel suo insieme. Per fare ciò, hanno cercato un processo biologico caratteristico della maggior parte dei tipi di cellule immunitarie e hanno sviluppato una sonda per misurare tale processo.
Se volessimo misurare un tipo di cellula specifico, come una cellula T, avremmo potuto creare un marker e attaccare un radionucleotide, dice Owen White , ricercatore presso il Jonsson Comprehensive Cancer Center dell'UCLA e autore senior dello studio. Ma volevamo un monitoraggio più globale di più tipi di cellule e siamo arrivati a esaminare un processo fondamentale chiamato percorso di salvataggio del DNA.
Questo percorso è essenzialmente un meccanismo di riciclaggio del DNA che le cellule immunitarie utilizzano per generare nuove cellule in modo rapido ed efficiente. La maggior parte delle cellule del corpo può generare cellule da zero, costruendo lentamente nuove cellule da glucosio e zuccheri. Tuttavia, in presenza di infezione, le cellule immunitarie devono agire rapidamente per produrre più cellule per la difesa. Queste cellule riciclano frammenti galleggianti di nucleotidi, gli elementi costitutivi del DNA, dal cibo o dalle cellule morenti, producendo più DNA che poi sforna nuove cellule immunitarie.
Durante l'infezione, c'è molto ricambio di DNA, dice Caio Radu , un assistente professore di farmacologia molecolare e medica all'UCLA. Questo è essenzialmente un meccanismo per consentire a queste cellule di pulire e produrre il DNA in modo efficiente.
Radu, Witte e i loro colleghi hanno progettato una sonda per rilevare l'attività di riciclaggio del DNA. Nello specifico, la sonda rileva un particolare enzima coinvolto nella prima fase del riciclaggio del DNA all'interno delle cellule immunitarie. Senza questo enzima, il processo non può procedere. Il team ha progettato una sonda per la rilevazione di enzimi modificando la struttura molecolare di un comune farmaco chemioterapico chiamato gemcitabina. Dopo un ampio screening farmacologico, i ricercatori hanno scoperto che questo particolare farmaco era efficace nell'entrare nelle cellule immunitarie. Hanno quindi alterato leggermente il composto in modo che, in presenza dell'enzima di riciclo del DNA, il composto venga fosforilato e, in sostanza, si sia fermato. Se l'enzima non è presente, il composto passa semplicemente attraverso la cellula.
Il team di Witte ha anche attaccato una radiomarcatura alla sonda che, durante una scansione PET, si illumina quando entra in una cellula. Il team ha quindi testato la sonda sui topi. I ricercatori hanno prima iniettato nei topi un virus oncogenico, che ha causato lo sviluppo di un tumore. Questo particolare tumore è immunogenico, il che significa che il sistema immunitario lo riconosce facilmente e attacca rapidamente. Dopo l'iniezione del virus, il team ha iniettato la sonda ed eseguito scansioni PET.
È fondamentalmente come una mappa termica e se ci sono molte cellule immunitarie, è rossa; se inferiore, verde; e ancora meno, blu, dice Radu. Sembra spettacolare. Potete vedere un'immagine tridimensionale di questo topo, e vedere questi linfonodi drenanti, che sono vicini al tumore, e vederli illuminarsi.
Il team è stato in grado di monitorare la risposta immunitaria man mano che il tumore si sviluppava e ha visto che le aree intorno al tumore si illuminavano di più dopo 10-14 giorni, un periodo di tempo tipico in cui una risposta immunitaria può eliminare un'infezione.
Radu afferma che in futuro, i medici potrebbero essere in grado di utilizzare questa nuova sonda PET per visualizzare le risposte immunitarie, oltre a utilizzare altre tecniche, come le scansioni TC, che possono visualizzare i tumori. In combinazione, queste tecniche possono consentire ai medici di osservare un tumore ridursi mentre il sistema immunitario del corpo attacca in modo che possano determinare l'efficacia di diverse terapie.
Ronald Germain , vice capo del laboratorio di immunologia presso l'Istituto nazionale di allergie e malattie infettive, afferma che mentre le immagini del gruppo sono impressionanti, non è ancora del tutto chiaro se vengano visualizzate cellule diverse dalle cellule immunitarie, un effetto che potrebbe creare un'immagine imprecisa .
Non è una sonda completamente specifica, quindi non dirai quale tipo di cellula è presente in un sito, il che può essere molto importante per fare una diagnosi in futuro, afferma Germain. Tuttavia, esiste una reale necessità di sviluppare modi per valutare le risposte immunitarie senza dover eseguire biopsie, e questo è uno dei numerosi approcci che potrebbero essere utilizzati.
I ricercatori stanno ora cercando di sviluppare una sonda più specifica, oltre alla loro sonda di imaging generale. Radu e i suoi colleghi stanno esaminando sistematicamente le strutture chimiche per trovarne altre che assomiglino alla gemcitabina. Il team prevede di testare questi composti l'uno contro l'altro per vedere quali potrebbero avere una maggiore sensibilità e specificità per rilevare determinati tipi di cellule immunitarie.