Могут ли узоры на ветвях деревьев или извилистые изгибы реки дать подсказки, которые могут привести к лучшему лечению рака?? Согласно новому исследованию онкологического центра Мэсси Университета Содружества Вирджинии, эти самоподобные повторяющиеся закономерности в природе, известные как фракталы, помогают ученым лучше понять, как устроена иммунная система, и могут однажды быть использованы для улучшения результатов трансплантации стволовых клеток при лейкемии. пациенты, прогнозируя вероятность осложнений после трансплантации.
Недавно опубликованное в журнале «Биология трансплантации крови и костного мозга» исследование, проведенное Амиром Тоором, М.D., обнаружил фрактальный паттерн в репертуаре Т-клеток 10 неродственных доноров и реципиентов трансплантата стволовых клеток. Т-клетки – это семейство клеток иммунной системы, которые поддерживают здоровье организма, выявляя и инициируя атаки против патогенов, таких как бактерии, вирусы или рак. Т-клетки имеют небольшие рецепторы, которые распознают антигены, которые представляют собой белки на поверхности чужеродных клеток. Как только Т-клетки сталкиваются с чужеродной клеткой, антиген встраивается в рецептор Т-лимфоцитов, как ключ в замке, и смертельный арсенал Т-лимфоцитов раскрывается перед угрозой. После активации Т-клетки делятся на множество клонов с рецепторами, предназначенными для распознавания этого конкретного патогена и защиты от него. В течение жизни человека он разовьет миллионы этих клональных семей, которые составляют его репертуар Т-лимфоцитов и защищают его от многих угроз, существующих в его уникальной среде.
"Технологические достижения высокопроизводительного секвенирования только недавно позволили ученым секвенировать генетический материал, ответственный за репертуар Т-клеток. На первый взгляд данные выглядят как беспорядочный набор информации," – говорит Тор, гематолог из программы трансплантации костного мозга и исследователь программы развивающей терапии в онкологическом центре VCU Massey. "Однако, если вы изучаете репертуар Т-клеток человека, анализируя сегменты ДНК, отвечающие за различные типы рецепторов Т-клеток, вы начинаете замечать фрактальный паттерн, основанный на использовании сегментов." Тор и его команда надеются, что эта информация даст им подсказки, которые помогут им лучше понять восстановление иммунной функции после трансплантации стволовых клеток и, возможно, предсказать такие осложнения, как реакция трансплантат против хозяина у реципиентов трансплантата.
Подобно тому, как ребенок может собирать блоки Lego для создания ряда различных моделей, люди разработали высокоэффективный процесс, с помощью которого короткий участок генома, называемый локусом Т-клеточного рецептора, перестраивает фрагменты генов для создания множества различных семейств Т-клеточных рецепторов. В этом процессе сегменты ДНК, известные как вариабельные (V), разнообразные (D) и соединяющиеся (J) сегменты, перестраиваются, чтобы создать миллионы семейств или клонов Т-клеточных рецепторов, которые организм использует для борьбы с болезнями. Подобно тому, как образец ветвления дерева точно воспроизводится от ствола до его самых дальних ветвей, Т-клетки имеют семейства, которые создаются из сегментов ДНК, разветвляющихся друг от друга, чтобы сформировать щит, обеспечивающий защиту от болезней.
Команда Тура изучила частоту клонов Т-клеток, несущих различные сегменты V, D и J, у доноров и реципиентов трансплантатов стволовых клеток после трансплантации стволовых клеток. Используя круговую диаграмму, разработанную исследователем Джереми Мейером, Б.S., Чтобы лучше визуализировать расположение различных сегментов ДНК, команда наблюдала аналогичный фрактальный порядок в семействе рецепторов Т-клеток доноров. Этот порядок был очевиден даже у доноров разных национальностей, живущих на разных континентах. У пациентов, перенесших трансплантацию стволовых клеток, Тор обнаружил, что этот паттерн нарушился, и пациенты демонстрировали более низкий уровень сложности в репертуаре рецепторов Т-клеток через три месяца после трансплантации, за которым следовало умеренное улучшение, когда прошел полный год после трансплантации. трансплантация.
"Попытка восстановить фрактальный порядок репертуара рецепторов Т-клеток пациента путем оптимизации процесса трансплантации стволовых клеток может служить ценной терапевтической целью," говорит Тор. "Кроме того, наши открытия дают представление о природе, так что даже в сложных биологических системах, лишенных физической формы, наблюдается математически детерминированная организация."
Тор и его коллеги планируют продолжить использование высокопроизводительного секвенирования рецепторов Т-клеток пациентов, чтобы узнать больше о том, как иммунная система восстанавливается после трансплантации стволовых клеток. Команда надеется, что это даст им ценную информацию об эффективности будущих клинических испытаний трансплантации стволовых клеток и иммунотерапии, разработанных в их клинике.