Naukowcy z The Jackson Laboratory (JAX), we współpracy z Massachusetts Institute of Technology (MIT), opracowali pierwszy przypominający opatrunek plaster z mikronakłuwającymi igłami, który umożliwia bezbolesne pobieranie informacji o odpowiedzi immunologicznej bezpośrednio ze skóry. Urządzenie wykrywa sygnały zapalne w ciągu kilku minut oraz gromadzi wyspecjalizowane komórki odpornościowe w ciągu kilku godzin, bez konieczności wykonywania pobrań krwi czy biopsji chirurgicznych.
Już obecnie plaster jest wykorzystywany do badania odpowiedzi immunologicznej w procesie starzenia się oraz w autoimmunologicznych chorobach skóry, takich jak bielactwo i łuszczyca. W przyszłości technologia ta może ułatwić monitorowanie odpowiedzi na szczepienia, zakażenia oraz terapie onkologiczne, stanowiąc uzupełnienie tradycyjnych badań krwi i biopsji, przy znacznie mniejszym obciążeniu dla pacjenta.
Wyniki badania opublikowano w czasopiśmie Nature Biomedical Engineering.
„Dotychczas analiza niektórych kluczowych komórek odpornościowych wymagała biopsji skóry lub pobrań krwi. Ponieważ wiele z tych komórek funkcjonuje przede wszystkim w tkankach, takich jak skóra, ich pozyskanie wiązało się z procedurami inwazyjnymi” – wyjaśnia Sasan Jalili, inżynier biomedyczny i immunolog z JAX. „Wykazaliśmy, że można je pozyskać w sposób bezbolesny i nieinwazyjny. Ma to szczególne znaczenie w obszarach wrażliwych lub widocznych, takich jak twarz czy szyja, gdzie pacjenci obawiają się blizn, a także u osób starszych, pacjentów w złym stanie ogólnym oraz u małych dzieci i niemowląt.”
Platforma została pierwotnie opracowana podczas stażu podoktorskiego Jaliliego w MIT, a następnie udoskonalona i zoptymalizowana w JAX – we współpracy z University of Massachusetts Chan Medical School (UMass Chan) – w kierunku zastosowań klinicznych.
Wykorzystanie naturalnego systemu alarmowego układu odpornościowego
Większość testów monitorujących komórki odpornościowe i biomarkery zapalne opiera się na badaniach krwi. Tymczasem wiele komórek rozpoznających określone patogeny, antygeny szczepionkowe czy czynniki autoimmunologiczne występuje we krwi jedynie w niewielkiej liczbie.
Plaster wykorzystuje limfocyty T pamięci rezydujące w tkankach (tissue-resident memory T cells, TRM), które pełnią rolę immunologicznych „strażników” w skórze i innych tkankach barierowych. Komórki te szybko reagują na wcześniej rozpoznane antygeny. Po kontakcie z znanym fragmentem wirusa lub alergenem uruchamiają kaskadę sygnałów chemokinowych i cytokinowych, przyciągając z krwi kolejne komórki odpornościowe, w tym wyspecjalizowane limfocyty T swoiste wobec danego antygenu.
Indukując kontrolowaną, lokalną aktywację tego fizjologicznego mechanizmu, badacze byli w stanie skoncentrować kluczowe komórki odpornościowe w skórze i następnie je pobrać. Uzyskany materiał pozwolił określić liczbę, fenotyp oraz stan aktywacji limfocytów T, a także poziomy cząsteczek sygnałowych, dostarczając dynamicznego obrazu siły i specyfiki odpowiedzi immunologicznej.
„W badaniu wykorzystaliśmy limfocyty T swoiste wobec antygenu jako model potwierdzający koncepcję, jednak plaster umożliwia również wychwytywanie innych komórek odpornościowych i biomarkerów zapalnych” – podkreśla Jalili, który jest również członkiem kadry naukowej UConn School of Medicine.
W modelach mysich szczepień zastosowanie plastra istotnie zwiększyło odzysk limfocytów T swoistych wobec antygenu, przy czym znaczna ich część została zrekrutowana z krążenia ogólnoustrojowego. W badaniu przeprowadzonym u ludzi w UMass Chan uzyskano bogaty zestaw komórek odpornościowych i białek sygnałowych, w tym limfocytów T pamięci rezydujących w tkankach.
„To pierwsza demonstracja pobierania żywych ludzkich komórek odpornościowych przy użyciu plastra z mikronakłuwającymi igłami” – zaznacza Jalili. „Otwiera to nową, praktyczną i klinicznie wykonalną drogę monitorowania odpowiedzi immunologicznej.”
Rozszerzenie narzędzi monitorowania odpowiedzi immunologicznej
Plaster absorbuje komórki odpornościowe i białka sygnałowe z przestrzeni śródmiąższowej skóry po krótkotrwałej reaktywacji limfocytów T pamięci rezydujących przy użyciu niewielkiej ilości antygenu. Zawiera setki mikroskopijnych igieł wykonanych z polimeru zatwierdzonego przez FDA. Igły pokryte są hydrożelem pochodzenia algowego, również uznanym za bezpieczny, który umożliwia wchłanianie komórek i cząsteczek immunologicznych.
Mikronakłucia sięgają jedynie powierzchownych warstw skóry, nie uszkadzając naczyń krwionośnych ani zakończeń nerwowych, co minimalizuje dyskomfort i ryzyko powikłań.
Badania krwi i biopsje pozostaną kluczowymi narzędziami diagnostycznymi, a dalsze prace mają na celu ocenę skuteczności plastra w różnych jednostkach chorobowych i populacjach pacjentów. Jednak dotychczasowe wyniki są obiecujące – podkreśla współautor pracy Darrell Irvine, immunolog i bioinżynier z Scripps Research, który rozpoczął projekt w MIT.
„Przeprowadziliśmy rozległe badania przedkliniczne, a także wstępne testy u ludzi. To wyjątkowa sytuacja, ponieważ nowe technologie rzadko tak szybko trafiają do badań klinicznych” – wskazuje Irvine.
Plaster może być szczególnie użyteczny w chorobach dermatologicznych, w których komórki efektorowe odpowiedzialne za patogenezę – jak w alergicznym zapaleniu skóry, łuszczycy czy bielactwie – rezydują bezpośrednio w tkance. Jalili wykorzystuje już tę technologię do analizy wpływu starzenia się skóry na przewlekły stan zapalny i kruchość organizmu u osób starszych w ramach Pepper Scholars Program w UConn School of Medicine oraz UConn Center on Aging.
W dalszej perspektywie technologia może umożliwić monitorowanie stanu immunologicznego w warunkach domowych, pozwalając pacjentom z chorobami skóry na kontrolę zaostrzeń. Rozważana jest również adaptacja systemu do błon śluzowych jamy ustnej i nosa, co mogłoby otworzyć drogę do monitorowania odporności śluzówkowej.
„Nie ma potrzeby wielogodzinnego pobierania próbek. Już 15–30 minut może wystarczyć do wykrycia sygnałów zapalnych i oceny tego, co dzieje się w tkance” – podsumowuje Jalili.
Badanie zostało sfinansowane m.in. przez NIH (U01AI176310), The Jackson Laboratory, Ragon Institute of MGH, MIT, Harvard oraz National Cancer Institute (P30-CA14051). Autorzy zgłosili wniosek patentowy związany z prezentowaną technologią.
Źródło: Nature Biomedical Engineering, Leveraging tissue-resident memory T cells for non-invasive immune monitoring via microneedle skin patche
DOI: http://dx.doi.org/10.1038/s41551-026-01617-7
