Дослідники з Лабораторії Джексона (JAX) у співпраці з Массачусетським технологічним інститутом (MIT) створили перший пластир з мікроголками, призначений для безпосереднього забору зразків імунної активності зі шкіри. Пристрій виявляє ознаки запалення протягом декількох хвилин і збирає спеціалізовані імунні клітини протягом декількох годин, при цьому не вимагаючи забору крові або хірургічної біопсії.
Вчені та лікарі вже використовують цей пластир для вивчення імунної активності, пов'язаної зі старінням та аутоімунними захворюваннями шкіри, такими як вітиліго та псоріаз. Згодом ця технологія також може допомогти відстежувати реакцію організму на вакцини, інфекції та лікування раку. Вона може бути додатковим інструментом поряд з аналізами крові й біопсією, та може бути при цьому набагато менш інвазивною для пацієнтів.
Дослідження опубліковано у журналі Nature Biomedical Engineering.
"Традиційно для вивчення деяких з найважливіших імунних клітин в організмі потрібна біопсія шкіри або забір крові. Оскільки багато з цих клітин живуть і реагують у тканинах, таких як шкіра, доступ до них вимагав інвазивних процедур", - сказав Сасан Джалілі, біомедичний інженер та імунолог із JAX. "Ми показали, що можемо безболісно та неінвазивно їх отримати. Це особливо важливо для чутливих або видимих областей, таких як обличчя або шия, де люди часто не хочуть брати біопсію з-за рубців, а також для людей похилого віку, ослаблених пацієнтів і дуже маленьких дітей або немовлят".
Від досліджень у MIT до клінічної розробки
Джалілі почав розробляти технологію під час своїх постлікарських досліджень у MIT. Після переходу в JAX команда вдосконалила та покращила платформу, просунувши її від експериментів на мишах до можливого клінічного застосування завдяки співпраці з Медичною школою Чан Університету Массачусетсу (UMass Chan).
Багато методів, що використовуються для відстеження імунних клітин та запальних біомаркерів, ґрунтуються на зразках крові. Однак значна частина імунних клітин, що розпізнають інфекції, вакцини або аутоімунні тригери, рідко виявляється у кровотоку.
Новий пластир використовує резидентні Т-клітини пам'яті – групу імунних «сторожових» клітин, що залишаються у шкірі та інших захисних бар'єрних тканинах. Ці клітини швидко реагують, коли стикаються із загрозами, які вони вже бачили, відомими як антигени. Коли вони виявляють знайомий антиген, такий як фрагмент вірусу або алерген, вони вивільняють сигнали, які залучають додаткові імунні клітини з кровотоку, включаючи спеціалізовані Т-клітини, що розпізнають ту саму ціль.
Дослідники використовували цей природний сигнальний процес для концентрації імунних клітин у шкірі, щоб їх можна було зібрати. Аналізуючи захоплені клітини та молекули, команда змогла виміряти як кількість, так і стан Т-клітин, а також інші імунні сигнали. Ця інформація дозволяє зрозуміти, наскільки сильно імунна система реагує на конкретні захворювання чи тригери.
Захоплення імунних клітин та сигналів зі шкіри
"У цьому дослідженні ми використовували антиген-специфічні Т-клітини як підтвердження концепції, але пластир також захоплює інші імунні клітини та запальні біомаркери", - сказав Джалілі, який також є членом професорсько-викладацького складу Медичної школи Університету Коннектикуту.
В експериментах з вакцинації мишей пластир значно збільшив кількість антиген-специфічних Т-клітин, які можна було отримати, залучаючи багато з них із кровотоку в шкіру. Невелике дослідження на людях, проведене в Массачусетському університеті імені Чана, показало аналогічні результати: пластир збирав різноманітну суміш імунних клітин та сигнальних білків, включаючи резидентні Т-клітини пам'яті.
"Це дослідження знаменує собою першу демонстрацію відбору проб живих імунних клітин людини за допомогою мікрогольчастого пластиру", - сказав Джалілі. "Це відкриває двері для нового способу моніторингу імунних відповідей, який є практичним, безболісним та клінічно здійсненним".
Пристрій збирає імунні клітини та сигнальні молекули після короткочасної активації резидентних Т-клітин пам'яті невеликою кількістю антигену. Пластир містить сотні мікроскопічних голок, виготовлених із полімеру, схваленого FDA. Кожна голка покрита гідрогелем, отриманим із морських водоростей, який також вважається безпечним FDA. Гідрогель поглинає імунні клітини та молекули з міжклітинної рідини шкіри. Оскільки мікроголки досягають тільки верхніх шарів шкіри, вони викликають мінімальне подразнення та уникають контакту з нервами або кровоносними судинами.
Перші випробування на людях та майбутні медичні застосування
Аналіз крові та біопсія, як і раніше, відіграватимуть важливу роль у медичних дослідженнях та діагностиці. В цей час проводяться додаткові дослідження для оцінки ефективності пластиру при різних захворюваннях і різних груп пацієнтів. З усім тим, початкові результати подають надію, сказав співавтор дослідження Даррелл Ірвін, імунолог та біоінженер із Scripps Research, який розпочав проєкт, працюючи в MIT.
"Ми не тільки провели великі доклінічні експерименти, але й змогли провести початкове тестування на людях", - сказав Ірвін. "Це захоплює, бо з новими технологіями таке майже ніколи не відбувається. Перехід від лабораторних досліджень до тестування на пацієнтах часто триває роки".
Пластир може виявитися особливо цінним для вивчення шкірних захворювань, оскільки багато імунних клітин, відповідальних за такі стани, як алергічний дерматит, псоріаз і вітиліго, вже знаходяться в шкірі. В цей час Джалілі використовує цю технологію для дослідження того, як вікові зміни шкіри сприяють хронічному запаленню та слабкості у людей похилого віку в рамках програми Pepper Scholars Program у Медичній школі Університету Коннектикуту та Центрі старіння Університету Коннектикуту.
У майбутньому пристрій дозволить пацієнтам відстежувати свої імунні реакції в домашніх умовах, особливо тим, у кого захворювання загострюються непередбачувано. Дослідники також вважають, що технологію можна адаптувати для використання в ротовій порожнині або носових проходах, що дозволить вивчати імунні реакції в слизових тканинах.
"Людям не знадобиться годин, щоб узяти зразки. Навіть 15-30 хвилин може бути достатньо, щоб виявити запальні сигнали та зрозуміти, що відбувається у тканинах", - сказав Джалілі.
