Ένα νέο μικροτσίπ που εφευρέθηκε από επιστήμονες του Scripps Research μπορεί να αποκαλύψει τον τρόπο με τον οποίο τα αντισώματα ενός ατόμου αλληλεπιδρούν με τους ιούς, χρησιμοποιώντας μόνο μια σταγόνα αίματος. Η τεχνολογία αυτή προσφέρει στους ερευνητές ταχύτερες και σαφέστερες πληροφορίες που θα μπορούσαν να συμβάλουν στην επιτάχυνση της ανάπτυξης εμβολίων και της ανακάλυψης αντισωμάτων.
«Αυτό μας επιτρέπει να έχουμε μια γρήγορη εικόνα των αντισωμάτων καθώς εξελίσσονται μετά από έκθεση σε εμβόλιο ή παθογόνο», λέει ο Andrew Ward, καθηγητής στο Τμήμα Ολοκληρωμένης Δομικής και Υπολογιστικής Βιολογίας του Scripps Research και κύριος συγγραφέας της νέας μελέτης που δημοσιεύθηκε στο Nature Biomedical Engineering στις 3 Ιουνίου 2025. «Ποτέ πριν δεν ήμασταν σε θέση να το κάνουμε αυτό σε τόσο σύντομο χρονικό διάστημα ή με τόσο μικρές ποσότητες αίματος».
Όταν κάποιος μολυνθεί από έναν ιό ή λάβει ένα εμβόλιο, το ανοσοποιητικό του σύστημα δημιουργεί νέα αντισώματα για να αναγνωρίσει τον ξένο εισβολέα. Ορισμένα αντισώματα λειτουργούν καλά κατά του παθογόνου, ενώ άλλα προσκολλώνται σε αυτό αδύναμα. Ο προσδιορισμός των ακριβών σημείων του ιού στα οποία προσκολλώνται τα καλύτερης επίδοσης αντισώματα είναι μια βασική πληροφορία για τους επιστήμονες που προσπαθούν να βελτιστοποιήσουν τα εμβόλια, καθώς θέλουν να σχεδιάσουν εμβόλια που προκαλούν ισχυρές και αξιόπιστες ανοσολογικές αντιδράσεις.
«Αν γνωρίζουμε ποια συγκεκριμένα αντισώματα οδηγούν στην πιο προστατευτική αντίδραση έναντι ενός ιού, τότε μπορούμε να προχωρήσουμε στη δημιουργία νέων εμβολίων που προκαλούν αυτά τα αντισώματα», λέει η Leigh Sewall, μεταπτυχιακή φοιτήτρια στο Scripps Research και πρώτη συγγραφέας της νέας μελέτης.
Το 2018, το εργαστήριο του Ward παρουσίασε μια τεχνική γνωστή ως χαρτογράφηση πολυκλωνικών επιτόπων με ηλεκτρονική μικροσκοπία (EMPEM). Η μέθοδος αυτή επέτρεψε στους επιστήμονες να απεικονίσουν τον τρόπο με τον οποίο τα αντισώματα σε δείγματα αίματος προσκολλώνται σε έναν ιό. Αν και πρωτοποριακή, είχε και μειονεκτήματα: χρειαζόταν μια ολόκληρη εβδομάδα για να ολοκληρωθεί και απαιτούσε σχετικά μεγάλες ποσότητες αίματος.
«Κατά τη διάρκεια της πανδημίας COVID-19, αρχίσαμε να θέλουμε πραγματικά έναν τρόπο να το κάνουμε αυτό πιο γρήγορα», λέει η Alba Torrents de la Peña, επιστήμονας του Scripps Research που βοήθησε στην καθοδήγηση της εργασίας. «Αποφασίσαμε να σχεδιάσουμε κάτι από το μηδέν».
Με το νέο σύστημα, γνωστό ως χαρτογράφηση πολυκλωνικών επιτόπων με βάση μικρορευστομηχανική (mEM), οι ερευνητές ξεκινούν με τέσσερα μικρολίτρα αίματος που λαμβάνεται από άνθρωπο ή ζώο, περίπου εκατό φορές λιγότερο από ό,τι απαιτείται στην αρχική EMPEM. Το αίμα εγχέεται σε ένα μικροσκοπικό, επαναχρησιμοποιούμενο τσιπ όπου οι ιικές πρωτεΐνες είναι κολλημένες σε μια ειδική επιφάνεια. Καθώς το αίμα ρέει μέσω του τσιπ, τα αντισώματα αναγνωρίζουν και συνδέονται με αυτές. Στη συνέχεια, οι ιικές πρωτεΐνες - με τα αντισώματα που έχουν προσκολληθεί - απελευθερώνονται απαλά από το τσιπ και προετοιμάζονται για απεικόνιση με τη χρήση τυπικής ηλεκτρονικής μικροσκοπίας. Η όλη διαδικασία διαρκεί μόνο περίπου 90 λεπτά.
Για να δοκιμάσει την αξία και την αποτελεσματικότητα του mEM, η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε το σύστημα για να χαρτογραφήσει αντισώματα σε ανθρώπους και ποντίκια που είχαν εμβολιαστεί ή είχαν μολυνθεί από ιούς, όπως η γρίπη, ο SARS-CoV-2 και ο HIV. Η νέα τεχνική δεν ήταν μόνο γρήγορη στην χαρτογράφηση των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των αντισωμάτων και αυτών των ιών, αλλά και πιο ευαίσθητη από την EMPEM. Αποκάλυψε νέες θέσεις σύνδεσης αντισωμάτων τόσο στις πρωτεΐνες της γρίπης όσο και του κορονοϊού, οι οποίες δεν είχαν ανιχνευθεί από την EMPEM.
Για να παρακολουθήσει την εξέλιξη των αντισωμάτων με την πάροδο του χρόνου σε μεμονωμένα ποντίκια μετά τη χορήγηση εμβολίου κατά ενός από τους παθογόνους παράγοντες, η ομάδα έλαβε μικρά δείγματα αίματος από ένα ποντίκι σε διαφορετικά χρονικά σημεία.
Οι ερευνητές εργάζονται τώρα για την αυτοματοποίηση του συστήματος, αλλά και την ανάπτυξη δυνατότητας να πραγματοποιεί παράλληλη επεξεργασία δεκάδων δειγμάτων. Τελικά, οραματίζονται ότι το mEM θα γίνει ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο εργαλείο για την παρακολούθηση και την καθοδήγηση της ανάπτυξης εμβολίων για παθογόνα που κυμαίνονται από κορονοϊούς έως ελονοσία.
«Αυτή η τεχνολογία είναι χρήσιμη σε οποιαδήποτε κατάσταση όπου ο όγκος των δειγμάτων είναι πραγματικά περιορισμένος ή χρειάζονται γρήγορα αρχικά αποτελέσματα», λέει ο Torrents de la Peña. «Ελπίζουμε ότι θα γίνει προσβάσιμη σε περισσότερους ερευνητές καθώς απλοποιείται και βελτιστοποιείται».
