Une illustration des canaux microfluidiques, contenant des cellules B et T humaines (rose et vert) dans la partie inférieure.

Le système immunitaire est incroyablement complexe, mais une nouvelle avancée pourrait aider les scientifiques à en percer les secrets. Des chercheurs du Wyss Institute de Harvard ont créé un modèle plus précis du système immunitaire humain dans une puce microfluidique, offrant ainsi une meilleure plateforme pour étudier la façon dont les cellules immunitaires réagissent aux vaccins et aux agents pathogènes.

La plupart des études médicales et biologiques commencent dans des cellules de laboratoire ou chez des animaux, mais ces environnements ne sont pas toujours les meilleurs analogues de la façon dont les choses fonctionnent chez les humains vivants. Ainsi, de nombreux médicaments ou traitements qui semblent prometteurs chez la souris finissent par ne plus répondre aux attentes lorsqu’ils sont testés sur l’homme.

Ces dernières années, les scientifiques ont mis au point un moyen de modéliser des organes et d’autres tissus corporels dans des puces microfluidiques, qui offrent une comparaison beaucoup plus proche. Ces « organes sur puce » comprenaient jusqu’à présent des cœurs, des poumons, des intestins, des reins, des rates, des cornées, des dents et des placentas, et les chercheurs de Wyss ont maintenant ajouté le système immunitaire à la liste.

Les chercheurs ont cultivé des cellules B et T humaines à l’intérieur d’un dispositif microfluidique, conçu pour imiter les conditions physiques que ces cellules immunitaires rencontreraient lorsqu’elles atteignent un organe. À l’origine, l’équipe étudiait ce qui arrive à ces cellules lorsqu’elles pénètrent dans d’autres tissus, mais lorsque les chercheurs ont introduit un flux de nutriments, ils ont découvert quelque chose d’inattendu.

Les cellules B et T ont commencé à s’organiser en structures tridimensionnelles qui ressemblaient à des follicules lymphoïdes (LF), des masses de tissus que l’on trouve dans les ganglions lymphatiques et d’autres tissus qui servent de médiateurs aux réponses immunitaires. Plus précisément, ils semblaient former des centres germinaux, qui réalisent des réactions immunitaires complexes.

Les cellules B et T ont formé des amas qui ressemblaient à des follicules lymphoïdes lorsque les nutriments circulaient dans le circuit (à gauche), mais pas dans des conditions statiques (à droite).

Après un examen plus approfondi, l’équipe a détecté plusieurs biomarqueurs indiquant que ces follicules lymphoïdes faisaient leur travail. Les structures sécrétaient une substance chimique appelée CXCL13, qui est produite par les follicules lymphoïdes en réponse à une inflammation chronique. Les cellules B à l’intérieur des structures exprimaient une enzyme appelée cytidine désaminase induite par l’activation (AID), qui active les cellules B contre certains antigènes. Ils ont également trouvé des plasmocytes, en lesquels les cellules B matures se différencient afin de sécréter des anticorps.

« Ces résultats sont particulièrement intéressants car ils confirment que nous disposons d’un modèle fonctionnel qui pourrait être utilisé pour élucider certaines des complexités du système immunitaire humain, notamment ses réponses à de multiples types d’agents pathogènes », a déclaré Pranav Prabhala, deuxième auteur de l’étude.

Les chercheurs ont ensuite examiné comment ce système immunitaire sur puce réagirait à la vaccination, afin de vérifier s’il s’agissait d’une approximation proche de ce qui se passe chez les humains vivants. L’équipe a ajouté des cellules dendritiques, qui aident à produire des antigènes en présentant des fragments d’agents pathogènes aux ganglions lymphatiques.

L’équipe a vacciné ces systèmes microfluidiques contre la souche de grippe H5N1 et, comme de juste, les puces LF vaccinées ont produit beaucoup plus de plasmocytes et d’anticorps antigrippaux que celles cultivées dans les habituelles cultures de cellules plates. Des résultats similaires ont été observés lorsque l’équipe a répété l’expérience avec des vaccins antigrippaux disponibles dans le commerce. Les niveaux de plusieurs cytokines se sont avérés similaires à ceux des humains ayant reçu le vaccin.

Cela indique que ces puces microfluidiques LF sont très proches de la réalité, ce qui signifie qu’elles pourraient constituer un meilleur analogue pour les recherches futures sur le système immunitaire et le développement de médicaments.

« Les animaux ont été les modèles de recherche de référence pour développer et tester de nouveaux vaccins, mais leur système immunitaire diffère considérablement du nôtre et ne permet pas de prédire avec précision comment les humains y répondront », a déclaré Girija Goyal, premier auteur de l’étude. « Notre puce LF offre un moyen de modéliser la chorégraphie complexe des réponses immunitaires humaines à l’infection et à la vaccination, et pourrait accélérer considérablement le rythme et la qualité de la création de vaccins à l’avenir. »

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202103241

https://wyss.harvard.edu/news/the-immune-system-is-very-complicated-but-now-its-on-a-chip/ù