Immagina di poter osservare, in tempo reale e con una precisione mai raggiunta prima, come il tuo sistema immunitario reagisce a un virus. Non in una settimana di lavoro di laboratorio, ma in appena un\u2019ora e mezza. Non con ampolle di sangue, ma con una sola goccia.
\u00c8 un salto notevole nella mappatura anticorpale, accaduto in appena 7 anni di ricerca, e che potrebbe diventare lo standard per affrontare non solo le pandemie del futuro, ma anche virus come influenza, HIV, malaria. Una tecnologia che apre nuove possibilit\u00e0 per la medicina preventiva e personalizzata.<\/p>\n
Un team di scienziati dello Scripps Research di san Diego, in California, ha messo a punto un microchip capace di rivelare in soli 90 minuti come gli anticorpi di una persona interagiscono con diversi virus, utilizzando appena una goccia di sangue. Il chip consente di catturare un\u2019istantanea rapida dell\u2019evoluzione degli anticorpi dopo un vaccino o l\u2019esposizione a un patogeno.
Comprendere i meccanismi attraverso cui gli anticorpi interagiscono con i patogeni \u00e8 fondamentale per progettare vaccini efficaci. Tuttavia, le tecniche attualmente disponibili per studiare questi complessi immunitari sono spesso laboriose, richiedono molto tempo e sono limitate da colli di bottiglia nella preparazione dei campioni.<\/p>\n
Questo nuovo microchip \u00e8 l\u2019evoluzione di una tecnica gi\u00e0 nota dal 2018<\/a>, l\u2019EMPEM (electron microscopy-based polyclonal epitope mapping), che permetteva di osservare al microscopio elettronico come gli anticorpi si legano a un virus. Tuttavia, EMPEM aveva due limiti: richiedeva appunto ampi volumi di sangue e una settimana di lavoro.<\/p>\n Questa nuova tecnologia, chiamata microfluidic EM-based polyclonal epitope mapping (mEM), fa invece in 90 minuti ci\u00f2 che prima richiedeva un\u2019intera settimana di lavoro di laboratorio, richiedendo un campione di sangue molto pi\u00f9 piccolo e restituisce risultati pi\u00f9 dettagliati, riuscendo persino a individuare bersagli anticorpali finora non rilevati su virus come SARS-CoV-2, influenza e HIV. Si tratta di uno strumento prezioso per accelerare lo sviluppo di vaccini e la scoperta di nuovi anticorpi.<\/p>\n I risultati sono stati pubblicati su su Nature Biomedical Engineering<\/a>.<\/p>\n \t\t\t\t\t\t a, Left: a schematic of microfluidic technology demonstrating running buffer injected by the syringe pump and passed through a channel (red). Additional components include the input port and loop for sample injection of glycoproteins and sera, manifold valve, gold surface and PDMS cell. mEM outputs glycoprotein\u2013antibody complexes that are imaged using EM for epitope characterization. Right: an exemplar micrograph, 2D class averages and 3D reconstructions of influenza HA complexed with IgG from sera. b, A photograph of the experimental PDMS cell with sample flowing through one of the channels (red). c, A representation of the seven main steps used by the mEM technology in preparing immune complexes for structural characterization by EM. d, The immobilized SARS-CoV-2 spike glycoprotein is eluted, and particles per micrograph are assessed by ns-EM. e, The particle density of the eluted sample is compared with a standard concentration of 15\u2009\u00b5g\u2009ml\u22121 used to perform ns-EM. Representative graphs for one spike glycoprotein experiment out of three replicates (n\u2009=\u20093 experiments) are shown for d and e.<\/p>\n \u00a0<\/p>\n Come funziona questo chip<\/strong><\/p>\n La base scientifica \u00e8 semplice: dopo un\u2019infezione o una vaccinazione, l\u2019organismo produce anticorpi in risposta al virus. Alcuni si legano con forza, altri debolmente. Identificare con precisione le regioni virali su cui si concentrano gli anticorpi pi\u00f9 efficaci \u00e8 cruciale per progettare vaccini in grado di attivare una risposta immunitaria robusta e mirata. Con mEM bastano appena quattro microlitri di sangue \u2014 circa cento volte meno di EMPEM \u2014 che scorrono all\u2019interno di un microchip in cui le proteine virali sono ancorate a una superficie speciale. Gli anticorpi si legano alle proteine durante il flusso e, una volta concluso il processo, il materiale viene preparato per l\u2019osservazione al microscopio elettronico. Tutto il procedimento richiede solo un\u2019ora e mezza.<\/p>\n Pi\u00f9 veloce ma soprattutto pi\u00f9 sensibile<\/strong><\/p>\n I ricercatori hanno testato mEM analizzando le risposte anticorpali in esseri umani e topi esposti a virus come influenza, SARS-CoV-2 e HIV. Oltre alla velocit\u00e0, il nuovo metodo si \u00e8 rivelato pi\u00f9 sensibile di EMPEM, riuscendo a individuare siti di legame anticorpali mai rilevati prima. Perch\u00e9 questa scoperta \u00e8 importante<\/strong><\/p>\n Il fatto che mEM riesca a identificare\u00a0nuovi siti\u00a0di legame degli anticorpi, non rilevati dalla tecnica precedente (EMPEM), dimostra che \u00e8 pi\u00f9 sensibile e in grado di offrire una mappatura pi\u00f9 dettagliata della risposta immunitaria. Questi nuovi epitopi (siti di legame) potrebbero essere fondamentali per lo sviluppo di anticorpi neutralizzanti pi\u00f9 efficaci. Come si \u00e8 arrivati al risultato<\/strong><\/p>\n Nel dettaglio, i ricercatori hanno utilizzato mEM per mappare gli anticorpi policlonali presenti nei sieri di individui infettati o vaccinati, testandoli contro cinque glicoproteine virali tramite microscopia elettronica a contrasto negativo. I prossimi passi<\/strong><\/p>\n Il team di ricerca sta ora lavorando per rendere il sistema automatizzato e capace di processare pi\u00f9 campioni contemporaneamente. L\u2019obiettivo finale \u00e8 diffondere l\u2019uso di mEM come strumento standard per il monitoraggio e la progettazione dei vaccini contro un ampio spettro di patogeni, dai coronavirus alla malaria.<\/p>\n Per approfondire.\u00a0<\/strong><\/p>\n Come cambia la ricerca di informazioni sul web nell\u2019era dell\u2019intelligenza artificiale generativa?<\/a><\/p>\n
L\u2019idea di fondo \u00e8 che se sappiamo quali anticorpi garantiscono la protezione migliore, possiamo progettare vaccini che inducano proprio quegli anticorpi.<\/p>\n
Uno degli aspetti pi\u00f9 innovativi \u00e8 la possibilit\u00e0 di monitorare nel tempo l\u2019evoluzione degli anticorpi nello stesso individuo, come dimostrato dai campioni prelevati a intervalli regolari da singoli topi vaccinati. Prima non era possibile, perch\u00e9 serviva troppo sangue.<\/p>\n
In secondo luogo, sapere con precisione dove si legano gli anticorpi pi\u00f9 efficaci su un virus \u00e8 cruciale per progettare vaccini migliori. Se un vaccino pu\u00f2 essere progettato per stimolare la produzione di anticorpi diretti contro questi nuovi siti scoperti, potremmo ottenere risposte immunitarie pi\u00f9 forti, durature e specifiche contro virus come influenza e SARS-CoV-2.<\/p>\n
In un secondo passaggio, mEM \u00e8 stato abbinato alla cryo-microscopia elettronica per analizzare due proteine spike del coronavirus e una glicoproteina HA dell\u2019influenza, sia in presenza sia in assenza di anticorpi policlonali. Anche in questo caso, la tecnica ha fornito una dettagliata visualizzazione delle interazioni tra anticorpi e antigeni virali.
Infine, il team ha tracciato l\u2019evoluzione della risposta immunitaria in topi vaccinati con l\u2019envelope N332-GT5 del virus dell\u2019HIV (una specifica glicoproteina, gp120, che si trova sulla superficie del virus e svolge un ruolo cruciale nell\u2019infezione delle cellule umane) riuscendo a mappare nel tempo la risposta individuale di ciascun animale, un\u2019impresa difficile con le tecnologie precedenti a causa dell\u2019elevata quantit\u00e0 di sangue necessaria.<\/p>\n