생체 역학 물질로 T 세포 특성 및 기능 조정 - ScienceDaily

T 세포는 다른 조직에서 다른 기계적 신호를 경험합니다. Harvard의 Wyss Institute와 David Mooney가 이끄는 Harvard SEAS의 연구원들은 조직 모방 하이드로겔 모델을 설계하여 더 탄력 있는 조직이 T 세포를 유도하여 T 세포가 강력한 종양 살상 잠재력을 가진 이펙터 유사 T 세포가 되도록 유도하는 반면 더 점성이 있는 조직은 T 세포가 기억과 같은 T 세포. 이 새로운 개념은 동일한 환자에게 다시 주입될 때 더 강력한 효과를 제공할 수 있는 접시에서 원하는 환자별 T 세포 집단을 생성함으로써 적응형 T 세포 치료법을 발전시키는 데 도움이 될 수 있습니다. 연구 결과는 Nature Biomedical Engineering에 보고되었습니다.

특히 혈액암에 대해 면역 T 세포를 환자로부터 수집하고 체외에서 강화한 후 동일한 환자에게 다시 주입하는 일종의 면역 요법인 입양 T 세포 요법의 성공적인 캠페인이 잘 진행되고 있습니다. 그러나 특정 특성과 기능을 가진 환자별 T 세포 집단을 생성하는 능력을 개선하면 T 세포 치료법에 대한 임상의의 레퍼토리를 넓힐 수 있습니다.

이 목표에 접근하는 한 가지 방법은 원하지 않는 표적 세포(이펙터 T 세포)에 대한 세포 독성 효과 또는 다시 나타날 경우 기억하고 제거하는 능력(기억 T 세포)을 포함하여 T 세포의 특성과 기능을 더 잘 이해하는 것입니다. 침투하는 동안 만나는 조직의 기계적 저항에 의해 형성됩니다. 예를 들어 뼈, 근육, 다양한 내부 장기 및 혈액과 같은 조직의 기계적 특징은 매우 다양할 수 있으며 종양 덩어리 또는 섬유 조직과 같은 병리학적 조직은 건강한 조직과 기계적으로 크게 다릅니다.

이제 Wyss 핵심 교수진 David Mooney 박사가 이끄는 Harvard University의 Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering과 Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences(SEAS)의 연구팀은 새로운 생체 ​​재료를 T 세포의 상태에 대한 조직 역학의 영향을 조사하기 위한 접근. 조직의 다양한 강성과 점탄성을 담당하는 세포에 의해 생성된 세포외 기질(ECM)의 3차원 모델을 엔지니어링하여 두 매개변수를 독립적으로 조정할 수 있었습니다. 이를 통해 그들은 조직 점탄성이 T 세포 발달 및 기능에 미치는 뚜렷한 영향을 입증할 수 있었습니다. 체외 그리고 살다, 현상을 일으키는 분자 경로를 식별합니다. 조사 결과는 자연의생명공학과.

기계적 저항은 순간적인 변형에 대한 조직(또는 모든 재료)의 저항인 “강성”과 변형 후 시간이 지남에 따라 나타나는 이완 유형인 “점탄성”의 형태로 나타납니다. 물리적인 용어로 설명하면, 꿀과 같은 점성(액체) 물질은 흐를 가능성이 더 큰 반면 탄성(고체) 물질은 늘린 후 고무줄처럼 원래 모양으로 더 빨리 돌아옵니다. 이는 조직에서도 마찬가지입니다. 고체 및 유체 구성 요소로 구성됩니다.

“중요한 것은 시스템의 변형에 대해 훈련된 T 세포의 표현형, 기능 및 유전자 발현 프로그램이 암이나 섬유증 환자와 기계적으로 구별되는 조직의 T 세포에서 발견된 것과 잘 연관되어 있다는 것입니다.”라고 무니 박사는 말했습니다. Robert P. Pinkas Family Bioengineering 교수 SEAS에서 Wyss Institute의 Immunomaterials Initiative를 이끌고 있습니다. “우리의 연구는 생체 재료 기반 조작된 세포 배양 시스템이 제공하는 기계적 입력을 선택적으로 조정하여 입양 요법을 위한 기능적으로 구별되는 T 세포 집단을 만드는 것을 목표로 하는 미래 전략에 대한 개념적 기반을 제공합니다.”

접시에서 조직 역학을 모방

그들의 발견의 핵심은 조정 가능한 ECM 모델의 팀 엔지니어링이었습니다. 그들은 다양한 조직의 기계적 거동을 지시하는 데 핵심적인 것으로 밝혀진 콜라겐 유형에 중점을 두었습니다. 콜라겐은 신체의 거의 모든 세포에서 분비되는 주요 ECM 단백질입니다. 개개의 콜라겐 단백질 분자는 자연적으로 주름진 원섬유로 구성되며, 이 원섬유는 스스로 화학적으로 교차 결합하여 섬유로 더욱 응집됩니다. 각 피브릴은 기계적 스프링으로 간주될 수 있으며 각 섬유는 스프링 어셈블리로 간주될 수 있습니다. ECM의 강성은 콜라겐 분자가 얼마나 조밀하게 채워져 있는지에 따라 달라지는 반면, 뚜렷한 점탄성은 콜라겐 분자가 서로 얼마나 조밀하게 가교되어 있는지에 따라 달라집니다.

천연 콜라겐 기반 ECM을 모방하기 위해 팀은 콜라겐 분자의 농도를 변화시켜 강성을 조정할 수 있는 하이드로겔을 제작했습니다. 독립적으로, 점탄성은 콜라겐 분자를 추가로 연결하는 합성 가교제 분자의 양을 변화시킴으로써 조정 가능해졌습니다. 더 많이 가교된 콜라겐 분자는 더 많은 탄성 하이드로겔을 생성했습니다. 생성된 ECM 모방 하이드로겔은 사전 활성화된 T 세포의 부착을 동등하게 허용했지만 중요한 것은 특정 기계적 신호로 자극을 가능하게 했습니다.

“우리가 아는 한, 이것은 연구자들이 점탄성에서 분리된 강성을 가진 T 세포를 연구할 수 있게 해주는 최초의 ECM 모델이며, 따라서 우리와 다른 사람들이 미래에 면역 및 다른 세포가 어떻게 기계적으로 조절될 수 있는지 조사할 수 있게 합니다.” Mooney 그룹의 대학원생인 Yutong Liu 박사. “시스템의 정의되고 균일한 기계적 자극은 일반적으로 T 세포가 배양되는 방식과 크게 다릅니다. 배양 접시의 바닥에 부착된 세포는 매우 비탄력적인 표면과 마주하고 부유 상태에 남아 있는 세포는 점성 매체로 둘러싸여 있습니다.”

기계적 작용의 자연스러운 결과

연구팀은 다양한 점탄성 조건에 노출된 T 세포에 대한 광범위한 분석을 수행했습니다. 공동 제1저자는 “더 탄력적인 콜라겐 매트릭스를 경험한 T 세포는 ‘이펙터 유사 T 세포’로 발전할 가능성이 더 높았고, 반면 더 점성이 있는 ECM 매트릭스를 경험한 T 세포는 오히려 ‘기억 유사 T 세포’가 되었습니다.”라고 공동 제1 저자는 말했습니다. 박사 학위를 마친 Kwasi Adu-Bercie 박사. Mooney의 연구실에 있으며 현재 Wyss Institute의 중개 면역 요법 과학자입니다. “중요한 것은 매트릭스의 점탄성, 특히 더 탄력 있고 덜 점성이 있는 하이드로겔로 인해 발생하는 T 세포의 상태가 장기 각인된다는 사실을 발견했습니다. 이것은 미래의 셀 제조에 광범위한 영향을 미칠 수 있습니다.”

유전자 발현 분석을 통해 팀은 T 세포가 더 탄력 있고 덜 점성이 있는 기계적 환경을 더 이펙터와 유사한 유전자 발현 프로그램에 연결하는 AP-1로 알려진 전사 인자의 활동을 이끌어 냈습니다. 특정 조성을 가진 AP-1 복합체의 수가 증가했고, 보다 탄력적인 하이드로겔에서 분리된 T 세포뿐만 아니라 환자의 암 및 섬유 조직에서 분리된 T 세포에서도 발현에 의존하는 유전자가 풍부해졌습니다. 인접한 건강한 조직보다 더 뻣뻣하고 탄력적입니다. 그들이 약물로 AP-1의 구성 요소 중 하나를 억제했을 때 T 세포에 대한 보다 탄력적인 콜라겐 매트릭스의 영향이 방지되었습니다.

서로 다른 기계적 자극과 T 세포의 예측된 유전자 발현 서명이 실제 특성과 기능으로 변환되는 방법을 조사하기 위해 팀은 인간 림프종 세포주의 특정 항원에 결합하도록 조작된 치료용 CAR-T 세포를 사용했습니다. 보다 탄력적인 콜라겐 매트릭스에서 자극된 CAR-T 세포 체외 림프종 세포를 죽이는 더 강력한 능력을 보였다. 또한 살다보다 탄력적인 기질에서 자극되고 동일한 유형의 림프종이 있는 마우스에 입양 전달된 CAR-T 세포는 덜 탄력적인 기질에 노출된 CAR-T 세포보다 동물의 종양 부담을 훨씬 더 줄이고 수명을 연장할 수 있었습니다. .

“이 연구는 완전히 새로운 형태의 생체 재료 기반 기계 요법을 개발하기 위해 겉보기에 이질적으로 보이는 세 가지 분야, 즉 생체 재료, 면역 요법 및 기계 생물학을 병합합니다. 이러한 발견이 어떻게 환자를 위한 입양 T 세포 요법을 개선할 수 있는 새로운 길을 잠재적으로 열 수 있는지 쉽게 알 수 있습니다. “라고 Wyss 창립 이사인 Donald Ingber, MD, Ph.D.는 말했습니다. 유다 포크만 혈관 생물학 교수 하버드 의과대학과 보스턴 어린이 병원에서 Hansjörg Wyss 바이오 영감 공학 교수 SEAS에서.

이 연구에 참여한 다른 저자들은 David Zhang, Benjamin Freedman, Joshua Brockman, Kyle Vining, Bryan Nerger 및 Andrea Garmilla를 포함하여 Mooney 그룹의 전 멤버였습니다. 이 연구는 미국 국립보건원(상 # R01 CA276459-01), 식품의약국(상 # R01FD006589) 및 Wellcome Leap HOPE 프로그램의 자금 지원을 받았습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/06/230626164232.htm