Od immunologii do biotechnologii

Wykład wygłoszony przez panią prof. dr hab. Joannę Beretęw ramach cyklu „Spotkania na pograniczu biologii, chemii i fizyki dla młodzieży” 30 marca, Wydział Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii UJNotatka sporządzona przez Zofię 4e Odkąd człowiek rozpoczął swe życie na Ziemi, musiał mierzyć się z chorobami. W dawnych czasach leczono się ziołami, a także popularne były różnego rodzaju rytuały, ponieważ wierzono, że w sposób magiczny można uzdrowić człowieka. Immunologia, czyli nauka o układzie odpornościowym, narodziła się dopiero w nowożytności i wtedy zaczęto odkrywać patogeny.

Na przestrzeni wieków nauczyliśmy się wspomagać układ odpornościowy i przezwyciężać choroby. Obecnie największe wyzwanie stanowią choroby nowotworowe, dlatego wciąż zadajemy sobie pytanie: “Czy możemy zmobilizować układ odpornościowy do skutecznej walki z nowotworami?” W naszym układzie immunologicznym wyróżniamy zasadniczo dwa rodzaje limfocytów: limfocyty T oraz limfocyty B. Powstają one w szpiku kostnym, następnie w procesie dojrzewania część z nich nabiera kompetencję immunologiczną, czyli zdolność do odpowiedzi immunologicznej. Podczas tego procesu na powierzchni limfocytów tworzą się charakterystyczne receptory, dzięki którym rozpoznają one antygeny, dla limfocytów T – TCR (T cell receptor), dla limfocytów B – BCR (B cell receptor). Antygeny to obce substancje należące do patogenów, które należy zniszczyć. Limfocyty T po rozpoznaniu komórki zakażonej wirusem, rozpoczynają produkcję toksyn. Toksyny te zabijają komórkę i infekcja się nie rozwija. Limfocyty B produkują przeciwciała, które łączą się z antygenami patogenu. Jedna komórka limfocytu B wytwarza tylko jeden rodzaj przeciwciał dla tylko jednego konkretnego patogenu. Po wykryciu patogenu następuje proliferacja (aktywacja, namnożenie) limfocytu B, a następnie wydzielane są przeciwciała. Jak przeciwciała eliminują zagrożenia?- blokują funkcje białek- aktywują układ dopełniacza (enzymy osocza krwi, które wspomagają czynności przeciwciał w zwalczaniu infekcji)- umożliwiają fagocytozę przez makrofagi- umożliwiają rozpoznanie przez komórki NK (natural killer - rozpoznają wszystkie nieprawidłowe komórki organizmu, a następnie niszczą je za pośrednictwem wydzielanych substancji toksycznych)Przeciwciała w stosunku wielkościowym do bakterii są jak ziarno piasku do ziarna fasoli, za to makrofagi (komórki żerne), w stosunku do przeciwciał i bakterii są wielkie jak dorodne owoce jabłoni. Czy układ odpornościowy może zwalczyć nowotwór? Układ odpornościowy rozpoznaje komórki nowotworowe poprzez wytwarzane przez nie na ich powierzchni antygeny nowotworowe. Mutacje w komórkach nowotworowych powodują ekspresję białek odmiennych od zdrowych komórek organizmu. Dzięki prezentowaniu antygenów nowotworowych przez komórkę, limfocyty T są w stanie je zidentyfikować i zniszczyć. Jednak gdyby tak było ciągle, nie mielibyśmy problemów z nowotworami. Zatem, dlaczego nowotwory się rozwijają? Okazuje się, że nowotwór potrafi uciekać przed naszym układem odpornościowym. Owa ucieczka jest utratą zdolności prezentowania antygenów nowotworowych na zewnątrz komórki. Skąd wziąć przeciwciała?I - immunizujemy danym antygenem transgeniczne myszy (posiadające w swoim genomie geny kodujące ludzkie przeciwciała, a nie mysie)II - komórki limfocytów B produkują przeciwciałaIII - następnie dokonuje się fuzji komórek limfocytów B oraz komórek np.: szpiczakaIV - powstaje hybrydoma - nieśmiertelna komórka produkująca przeciwciałaV - hybrydomy namnaża się w hodowlach komórkowychVI - w taki sposób otrzymywane są przeciwciała monoklonalneSkuteczność leczenia takimi przeciwciałami zależy od wielu czynników. Jednym z zastosowań tej metody leczenia jest terapia raka piersi. Wykorzystuje się w niej herceptynę - przeciwciało rozpoznające receptor HER2.Jak można poprawić tę metodę?→ przeciwciała mogą zostać sprzęgnięte z radioizotopem lub z toksyną, które skupiają się w komórkach nowotworowych niszcząc je→ przeciwciała mogą zostać zmodyfikowane genetycznie BiTe - Bispecific T cell engager BiTe jest sojuszniczą chimerą (CAR → Chimeric Antigen Receptor) Technologia CAR-T Technologię CAR-T wykorzystuje się póki co w leczeniu nowotworów krwi, natomiast ciągle trwają prace nad jej rozwojem, tak aby leczyła też inne nowotwory. Terapia CAR-T rozpoczyna się pobraniem z krwi pacjenta limfocytów T. Następnie są one modyfikowane genetycznie (do ich materiału genetycznego wprowadzane jest DNA kodujące białko fuzyjne), przekształcane w komórki CAR-T, które są następnie namnażane w hodowlach komórkowych. Takie przekształcone limfocyt T podaje się pacjentowi Przeciwciała znajdują szerokie zastosowanie w medycynie, m.in. w diagnostyce i leczeniu chorób o podłożu przewlekłych stanów zapalnych. Przykłady schorzeń leczonych za pomocą przeciwciał:- reumatoidalne zapalenie stawów- osteoporoza- migrena- zwyrodnienie plamki żółtej- stwardnienie rozsiane- hipercholesterolemia- hemofilia.