Учёные из Научно-исследовательского института Скриппса изобрели новый микрочип, который позволяет выявить, как антитела человека взаимодействуют с вирусами, используя всего лишь каплю крови. Эта технология предоставляет исследователям более быстрые и чёткие результаты, что может помочь ускорить разработку вакцин и открытие антител.
«Это позволяет нам быстро сделать снимок эволюции антител после вакцинации или воздействия патогена», — говорит Эндрю Уорд, профессор кафедры интегративной структурной и вычислительной биологии Научно-исследовательского института Скриппса и старший автор новой статьи, опубликованной в журнале Nature Biomedical Engineering 3 июня 2025 года. «Раньше мы не могли делать это в таких временных рамках или с таким малым количеством крови».
Как работает микрочип
Когда человек заражается вирусом или получает вакцину, его иммунная система создаёт новые антитела для распознавания чужеродного захватчика. Некоторые антитела хорошо работают против патогена, в то время как другие прикрепляются к нему лишь слабо. Выяснение того, какие именно части вируса лучше всего связываются с антителами, является ключевой информацией для учёных, пытающихся оптимизировать вакцины.
«Если мы знаем, какие именно антитела приводят к наиболее защитному ответу против вируса, то мы можем разработать новые вакцины, которые вызывают эти антитела», — говорит Ли Сеуолл, аспирант Научно-исследовательского института Скриппса и первый автор новой статьи.
Новый метод картирования
В 2018 году лаборатория Уорда представила метод, известный как картирование поликлональных эпитопов на основе электронной микроскопии (EMPEM). Этот метод позволял учёным визуализировать, как антитела в образцах крови прикрепляются к вирусу. Хотя метод был новаторским, у него были недостатки: на его выполнение уходила целая неделя, и требовалось относительно большое количество крови.
«Во время пандемии COVID-19 мы начали искать способ сделать это быстрее», — говорит Альба Торрентс де ла Пенья, научный сотрудник Научно-исследовательского института Скриппса, которая помогала руководить работой. «Мы решили разработать что-то с нуля».
Новая система, известная как микрофлюидное картирование поликлональных эпитопов на основе электронной микроскопии (mEM), позволяет исследователям начать с четырёх микролитров крови, извлечённой из человека или животного — примерно в сто раз меньше, чем требуется для оригинального EMPEM. Кровь впрыскивается в крошечный, многоразовый чип, где вирусные белки прикреплены к специальной поверхности. Когда кровь проходит через чип, антитела распознают и связываются с ними. Затем вирусные белки с присоединёнными антителами аккуратно высвобождаются из чипа и подготавливаются для визуализации с помощью стандартной электронной микроскопии. Весь процесс занимает всего около 90 минут.
Чтобы проверить ценность и эффективность mEM, исследовательская группа использовала систему для картирования антител у людей и мышей, которые либо получили вакцинацию против вируса, либо были инфицированы им, включая грипп, SARS-CoV-2 и ВИЧ.
Новый метод не только быстро картировал взаимодействия между антителами и вирусами, но и оказался более чувствительным, чем EMPEM; он выявил новые сайты связывания антител на белках гриппа и коронавируса, которые не были обнаружены с помощью EMPEM.
Чтобы отследить, как антитела эволюционировали с течением времени у отдельных мышей после вакцинации против одного из патогенов, команда брала небольшие образцы крови у мыши в разные моменты времени.
«Это было то, что невозможно было сделать в прошлом из-за количества крови, необходимого для EMPEM», — говорит Сеуолл. «Поэтому возможность наблюдать за одним человеком в течение долгого времени была действительно захватывающей».
Исследователи работают над тем, чтобы автоматизировать и мультиплексировать систему, что в конечном итоге позволит обрабатывать десятки образцов параллельно. В конечном итоге они видят, как mEM становится широко используемым инструментом для мониторинга и руководства разработкой вакцин против различных патогенов, от коронавирусов до малярии.
«Эта технология полезна в любой ситуации, когда у вас действительно ограниченный объём образца или вам нужны начальные результаты быстро», — говорит Торрентс де ла Пенья. «Мы надеемся, что это станет доступным для большего числа исследователей по мере его упрощения и оптимизации».
Предоставлено Научно-исследовательским институтом Скриппса.