Patogén asszociált molekuláris mintázatok szerepének vizsgálata jelölésmentes optikai bioszenzorokkal
Patogén asszociált molekuláris mintázatok szerepének vizsgálata jelölésmentes optikai bioszenzorokkal immunsejtek aktivációjában
Absztrakt
A klasszikus szerológiai módszerek nem teszik lehetővé az immunsejtek immunrendszerben betöltött funkciójának vizsgálatát. Erre a problémára nyújthatnak megoldást az optikai bioszenzorok, melyek alkalmasak a sejtek egyes biofizikai paramétereinek nagy időbeli és térbeli felbontású vizsgálatára, ezzel dinamikus információt adhatnak az ellenanyagok által közvetített effektor funkciókról. Ezen eszközök kompakt kialakítása hosszútávú, akár több napos, inkubátorban végzett méréseket is lehetővé tesz[1], [2].
Segítségükkel a sejtek aktivációja személyre szabottan, jelölésmentes, nem-invazív módon vizsgálható. Mindez elősegítheti az emberi szervezetben lejátszódó mechanizmusok modellezését, vizsgálatát, jellemzését és megértését. A sejtaktiváció biofizikai paraméterei diagnosztikai szempontból is értékelhetőek.
Hipotézisünk szerint a kísérleteink során alkalmazott patogén ligandok eltérően hatnak a sejtek aktivációjára a megfigyelés hosszától és az ellenanyag jelenlététől függően.
A Toll-szerű receptorok (TLR), melyek a patogén felismerő receptorok közé tartoznak (PRR), képesek egyes mikrobákban megjelenő konzervált struktúrákat, úgynevezett patogén asszociált molekuláris mintázatok (PAMP) felismerésére[3], [4]. A patogén ligand kötődése a receptorhoz jelátviteli kaszkádokat indukálnak, melyek a sejtekben gyulladásos válaszokban részt vevő gének transzkripcióját indítja el, ezáltal a citokintermelést és fagocitákban a kostimulátor molekulák expresszióját váltja ki[5], [6]. A kísérletek során ezen TLR receptorokat expresszáló, humán monocitákat vizsgáltam.
Az immunjelenségek (monocita sejtvonal aktivációja és differenciációja vagy annak hiánya) rövid és hosszútávú nyomon követése élősejtes képalkotásra alkalmas optikai bioszenzorokkal történt. Rezonáns hullámvezető rácsos (RWG) bioszenzor és holografikus elven működő mikroszkóp segítségével, melyek egyedi sejt szinten, jelölésmentesen tették lehetővé a biofizikai paraméterek nyomon követését. Az RWG optikai bioszenzorok, amilyen az Epic Cardio is, a molekuláris kölcsönhatások, valamint a sejtek tömegének újraeloszlása során kiváltott törésmutató-változások kimutatásán alapulna[7]. A kvantitatív fázis képalkotás (QPI) elvén működő HoloMonitor M4 holografikus mikroszkóp kezdeti lézernyalábját végső soron egy mintán áthaladó tárgynyalábbá és egy referencia lézernyalábbá választódik szét[1]. A minta és a referenciasugár utólagos egyesítésével létrejön egy interferenciamintázat, ez a hologram.
Ezt egy képérzékelő rögzíti, majd numerikusan rekonstruálja az úgynevezett fázisképet, amelyet megjelenít és elemez[8].
RWG bioszenzorral végzett rövidtávú vizsgálatok során az intravénás immunglobulinnal (IVIG) funkcionalizált felületen a TLR ligandok a sejtek frusztrált fagocitózisát váltja ki (adhézióját), míg azon mérések esetén, ahol a felületekre kizárólag ligandot rögzítünk, nem várunk ilyen jelenséget. A holografikus mikroszkópos méréseknél az IVIG-gel kezelt felületek esetében vártuk leginkább, hogy a sejtek nagyobb mértékben differenciálódjanak. A sejtalak szabálytalansága, a növekvő területi eloszlás, csökkenő vastagságuk és konvexitásuk mellett, sejttérfogatuk nőtt a kontroll és az oldott IVIG-et tartalmazó lyukakkal szemben. A TLR ligandokkal és PGN-nel végzett kísérlet során megfigyelhetőek voltak a sejtek differenciálódására utaló változások, melyek mértéke kezelésenként eltér.
Az eredmények alapján pusztán a ligand jelenléte rövidtávon nincs hatással a sejtek aktivációjára. Hosszútávú hatás IVIG bevonattal ellátott és ligandot tartalmazó minták esetében tapasztalható volt.
Hivatkozások
[1] M. Sebesta et al., „HoloMonitor M4: holographic imaging cytometer”, Proc.SPIE, 2016.
[2] B. Peter et al., „Incubator proof miniaturized Holomonitor”, J Biomed Opt, 2015.
[3] S. H. E. Kaufmann, „Immunology to the rational design of antibacterial vaccines”, Nat Rev Microbiol, 2007.
[4] T. Oda et al., „Activation of hypoxia-inducible factor 1”, American Journal of Physiology-Cell Physiology, 2006.
[5] S. Akira és H. Hemmi, „Recognition of pathogen-associated molecular patterns”, Immunology Letters, 2003.
[6] T. Nürnberger és F. Brunner, „Innate immunity in plants and animals”, Current Opinion in Plant Biology, 2002.
[7] I. Sallai, „Resonant Waveguide Grating Biosensors”, Periodica Polytechnica Electrical Engineering and Computer Science, 2023.
[8] T. Nürnberger és F. Brunner, „Innate immunity in plants and animals: emerging parallels between the recognition of general elicitors and pathogen-associated molecular patterns”,Current Opinion in Plant Biology, 2002
szerző
-
Joó Péter
Egészségügyi mérnök szak, mesterképzés
mesterképzés (MA/MSc)
konzulensek
-
Dr. Bonyár Attila
Egyetemi docens, Elektronikai Technológia Tanszék -
Dr. Szittner Zoltán
tudományos munkatárs, Energiatudományi Kutatóközpont (külső) -
Dr. Horváth Róbert
tudományos főmunkatárs, laborvezető, ELKH EK MFA Nanobioszenzorika Laboratórium (külső)
