Т клеточный иммунитет к коронавирусу что это такое и как проверить
Т клеточный иммунитет к коронавирусу что это такое и как проверить
Тест предназначен для оценки Т-клеточного иммунитета к СOVID-19. Позволяет выявить в крови специфические Т-клетки (Т-лимфоциты), реагирующие на определенные антигены коронавируса SARS-CoV-2. Такие специфические Т-лимфоциты способны узнавать и уничтожать пораженные вирусом клетки и могут потенциально обеспечивать долгосрочную защиту от COVID-19, в том числе при отсутствии антител. Оценка Т-клеточного иммунитета наряду с гуморальным (определение антител) может использоваться как дополнительный маркер иммунной защиты от COVID-19.
Используется технология ELISPOT, которая является наиболее перспективной на сегодняшний день платформой для оценки Т-клеточного иммунитета.
Синонимы русские
Т-клети, Т-лимфоциты к коронавирусу.
Синонимы английские
T-cell immunity to COVID-19.
Прямая оценка функции Т-клеток ELISPOT.
Какой биоматериал можно использовать для исследования?
Как правильно подготовиться к исследованию?
Специальной подготовки не требуется.
Общая информация об исследовании
Пандемия SARS-CoV-2 привела к гибели более 2 миллионов человек на сегодняшний день, и существует острая потребность в эффективной вакцине. Есть значительный интерес к пониманию того, насколько адаптивные иммунные реакции контролируют острую инфекцию и обеспечивают защиту от повторного заражения.
Антительные ответы против SARS-CoV-2 характеризуются реакцией против ряда вирусных белков, включая спайковые белки, нуклеопротеины и мембранные белки. Уровни антител снижаются после избавления от первичной инфекции, и в настоящее время актуален вопрос о поддержании гуморальных ответов в долгосрочной перспективе. Хотя первоначальные анализы показали потерю выявляемых вирус-специфических антител у части людей, высокочувствительный ИФА может определять обнаруживаемые антитела в течение как минимум 6-7 месяцев у большинства людей. Данные, полученные в результате исследования иммунитета к родственным вирусам, таким как SARS-CoV-1 и ближневосточный респираторный синдром, свидетельствуют о том, что клеточные иммунные ответы против этих вирусов поддерживаются в течение более длительных периодов по сравнению с ответами антител. Это позволяет надеяться, что клеточные реакции на SARS-CoV-2 также будут более продолжительными. На сегодняшний день исследования показали, что вирус-специфические клеточные реакции развиваются практически у всех пациентов с подтвержденной инфекцией SARS-CoV-2.
Величина и качество ответа иммунной памяти к SARS-CoV-2 будет иметь решающее значение для предотвращения повторного заражения.
Величина ответа Т-клеток является неоднородной и может отражать разнообразие профиля Т-клеточного иммунитета во время острого инфекционного заболевания. Важной особенностью является то, что величина клеточного иммунитета по данным ELISPOT на 50 % выше у доноров, перенесших симптомную инфекцию. Это демонстрирует, что первоначальная «контрольная точка» клеточного иммунитета, выработанная после острой инфекции, сохраняется не менее 6 месяцев. Клеточные ответы имеют прямую защитную способность от тяжелой коронавирусной инфекции, а также поддерживают выработку антител.
Исследования показывают, что устойчивый клеточный иммунитет против SARS-CoV-2 может присутствовать в подавляющем большинстве случаев у взрослых через 6 месяцев после бессимптомной инфекции или легкой и средней степени тяжести инфекционного заболевания. Эти особенности обнадеживают в отношении длительности клеточного иммунитета против этого нового вируса и, вероятно, способствуют относительно низкому риску повторного заражения.
Анализ на Т-клеточный иммунитет проводится методом ELISPOT, который имеет ряд преимуществ:
проверенная технология обнаружения активных Т-клеток для измерения силы иммунного ответа на инфекцию;
технология ELISPOT в настоящее время является уникальной в мире;
ELISPOT широко используется исследователями разных стран при разработке вакцин от COVID-19;
ELISPOT является наиболее перспективной платформой среди методов оценки Т-клеточного иммунного ответа:
к определенным Т-лимфоцитам добавляют белки вируса;
если Т-лимфоциты и вирусы раньше встречались, то они выделяют цитокины;
если спотов больше 12 – это означает, что иммунитет есть.
Для чего используется исследование?
Когда назначается исследование?
Что означают результаты?
Панель антигенов 1 (пептиды белка S), SPOT:
Панель антигенов 2 (пептиды белков N, M, O3, O7), SPOT:
положительный результат может потенциально свидетельствовать о перенесенной или текущей инфекции COVID-19, в том числе бессимптомно, и о сформировавшемся Т-клеточном иммунном ответе к вирусу SARS-CoV-2.
У большинства переболевших, у которых не выявляются антитела, есть Т-клеточный ответ. Люди без антител, контактировавшие с больными и не заболевшие, также в большинстве своем имеют Т-лимфоциты.
Кто назначает исследование?
Терапевт, врач общей практики.
Почему важен Т-клеточный иммунитет к COVID-19
Почему важен Т-клеточный иммунитет к COVID-19
Во время иммунного ответа выработке антител (гуморальный иммунитет) предшествует активация и размножение Т-лимфоцитов (клеточный иммунитет). Антитела связываются с вирусными частицами, а Т-лимфоциты распознают зараженные вирусом клетки и убивают их, прерывая цикл размножения вируса. Наибольшую защиту против COVID-19 обеспечивает одновременное наличие в организме и антител, и Т-клеток.
Т-клеточный иммунитет лучше защищает от новых штаммов коронавируса, направлен на большее число участков вируса и сохраняется более продолжительное время, чем антитела.
После COVID-19 или вакцинации уровень антител может быстро снижаться, но это не означает, что организм не защищён. Возможно, спектр иммунного ответа сместился в сторону Т-клеточного иммунитета, защищающего организм и в отсутствие антител.
Тест-система для оценки Т-клеточного иммунитета против SARS-CoV-2 “Corona-T-test” была разработана на основе опубликованного научного исследования, проведенного “НМИЦ гематологии” Минздрава России. В исследовании были определены фрагменты SARS-CoV-2, вызывающие Т-клеточный иммунный ответ чаще всего и у наибольшего числа людей. Ответ Т-лимфоцитов на эти фрагменты вируса позволяют установить, что человек болел COVID-19 или что вакцинация против COVID-19 была успешной.
“Corona-T-test” основан на методе ELISpot и измеряет интерферон-гамма, вырабатываемый Т-клетками крови пациента после активации фрагментами вируса. Эффективность анализа была проверена в клиническом испытании. Его чувствительность составляет 96,3%, специфичность – 93,5%. Производитель теста – “НМИЦ гематологии” Минздрава России.
Ученые оценили эффективность другого способа защиты человека от COVID-19
Отрицательный анализ на антитела к вирусу SARS-CoV-2 не означает, что человек не болел коронавирусной инфекцией, у таких людей отпор вирусу могли дать Т-лимфоциты, рассказал РБК заведующий лабораторией трансплантационной иммунологии Национального медицинского исследовательского центра (НМИЦ) гематологии Минздрава Григорий Ефимов.
По его словам, чем легче перенес коронавирус человек, тем выше вероятность того, что у него не будут выявлены антитела. Об этом уже свидетельствуют данные нескольких научных работ, в том числе исследование, организованное на базе НМИЦ гематологии совместно с учеными из других российских университетов, говорит Ефимов.
В исследовании, результаты которого уже были опубликованы в авторитетном американском журнале Immunity, принимали участие сотрудники и студенты МГУ и НМИЦ гематологии. Всего, по словам Ефимова, это 34 переболевших добровольца и две группы здоровых доноров по 14 и десять человек.
«Мы изучали, как у них устроен антительный и Т-клеточный [иммунный] ответ. У подавляющей части переболевших, у которых нет антител, есть Т-клеточный ответ. В другом исследовании мы набирали специально людей без антител, которые были в тесном контакте с больными, они не заболели сами и антител не выработали, и выяснили: у большего процента среди них есть Т-лимфоциты», — рассказал Ефимов РБК, пояснив, что последняя категория, вероятнее всего, перенесла COVID-19 без симптомов.
Immunity — это ежемесячный журнал, в котором публикуются статьи и обзоры научных работ по иммунологии. Согласно данным рейтинга SCImago Journal & Country Rank, созданного на основании базы научных работ Scopus, журнал выходит в категорию Q1, которая присваивается лучшим научным журналам по всем ученым дисциплинам. Индекс Хирша для издания равен 377.
Т-лимфоциты (Т-клетки) — белые тельца в крови человека, которые способствуют выработке антител и уничтожают вирусные клетки. Этот механизм лежит в основе иммунной защиты организма и первым включается в борьбу с враждебными инфекционными агентами.
Однако, как пояснил Ефимов, в механизме работы антител и Т-лимфоцитов есть существенные отличия. Так, например, со временем антитела исчезают из организма человека, а вместе с этим исчезает и их защитная функция. В отличие от неживых молекул антител, Т-лимфоциты — живые, они способны делиться. «Из них значительная часть также погибнет, но какая-то часть останется в виде клеток памяти. Эти клетки, судя по другим инфекциям, существуют десятилетиями. Как в случае с вирусом, который стал причиной атипичной пневмонии в 2003 году, у людей до 2020 года сохраняются T-лимфоциты, которые распознают этот вирус», — пояснил Ефимов.
Важный вопрос, ответ на который сейчас ищут иммунологи всего мира, насколько приобретенные таким образом Т-лимфоциты способны защищать человека от COVID-19. По его словам, такое исследование сейчас ведет НМИЦ гематологии Минздрава при поддержке Российского научного фонда.
В целом, по словам Ефимова, выявить Т-клеточный иммунитет сложнее, чем антитела. «Нужны живые клетки, с ними нужно бережно обращаться, нужно специальное лабораторное оборудование, по времени занимает дольше, и это гораздо дороже стоит», — рассказал ученый.
Говорить о том, у какого числа испытуемых появился Т-клеточный ответ, пока преждевременно, считает Ефимов, так как пока российское исследование проводилось на небольшой выборке. «У нас была другая задача: мы смотрели глубже, какие фрагменты вируса распознаются. Задача была не статистическая, для этого нужен другой инструмент», — пояснил заведующий лабораторией трансплантационной иммунологии НМИЦ гематологии.
Также, по его словам, числа испытуемых недостаточно, чтобы делать выводы о том, у какого числа людей Т-лимфоцитный ответ был успешным и позволил побороть коронавирусную инфекцию. «Если мы не видим Т-лимфоцитов, это не значит, что их нет. Мы смотрим на набор из трех структурных белков, которые входят в состав вирусных частиц, но их существует больше», — пояснил Ефимов.
Усилить Т-лимфоцитную защиту можно с помощью вакцинации, считает Ефимов. По его словам, исследования вакцин от коронавирусной инфекции, которые сейчас идут, демонстрируют, что они стимулируют и Т-клеточный ответ. А вот «разогнать» Т-лимфоциты с помощью лекарств вряд ли возможно, отмечает эксперт.
Зарубежные исследования о Т-клеточном иммунитете
Исследованием клеточного ответа на SARS-CoV-2 занимаются не только в России. Одна из последних научных работ на эту тему вышла в Великобритании, это исследование Бирмингемского университета, Службы общественного здравоохранения Англии (подразделение британского Минздрава, Public Health England) и Манчестерского клинического исследовательского центра NIHR. Ученые собрали образцы сыворотки и крови у когорты более чем из 2 тыс. медицинских работников, в том числе у 100 человек с положительными тестами на COVID-19.
У всех 100 человек наблюдались легкие или умеренные симптомы или бессимптомное течение болезни. Образцы сыворотки собирали ежемесячно для измерения уровней антител, а образцы крови брали через шесть месяцев для оценки Т-клеточного ответа. Проведение этих клеточных анализов намного сложнее и дороже, чем исследования антител, и сейчас это исследование с участием 100 человек является одним из крупнейших в этой области, писал Bloomberg.
Работа британских ученых показала, что у всех 100 испытуемых выработался специфический ответ на ряд белков коронавируса SARS-CoV-2, который сохранялся и спустя полгода. У тех, у кого были симптомы, уровень иммунного ответа был как минимум на 50% выше, чем у тех, кто перенес заболевание беcсимтомно. Работа пока не была опубликована в научных журналах и не подвергалась рецензированию.
Еще одно исследование, подтверждающее теорию о том, что высокий уровень T-лимфоцитов в крови может обеспечить достаточную защиту от коронавирусной инфекции, было также проведено Агентством по общественному здравоохранению Англии совместно с компанией Oxford Immunotec. Эта компания специализируется на разработке и производстве тест-систем для выявления заболеваний иммунной системы и инфекционных заболеваний. Самый известный продукт компании — тест-системы для диагностики туберкулеза T-SPOT, которые выявляют реакцию Т-клеток на возбудителя болезни. Эти системы одобрены для использования в 50 странах мира, в том числе в США, Европе, Японии и России.
Исследование, которое проводили на выборке почти 3 тыс. человек, пока также существует в стадии препринта, то есть не было опубликовано в научных журналах и не подвергалось рецензированию, сообщал Reuters. Однако согласно выводам авторов этой работы, у людей с высоким Т-клеточным иммунным ответом симптомы инфицирования SARS-CoV-2 не развивались. В то же время инфекция подтвердилась у 20 участников тестов с низким ответом T-лимфоцитов. Уровень Т-лимфоцитов, способных противостоять новому коронавирусу, снижается с возрастом. Это может объяснить, почему пожилые люди больше подвержены риску заражения COVID-19, считают авторы исследования.
Определение Т- клеточного иммунного ответа в отношении коронавируса SARS-CoV-2.
Коронавирусная инфекция, вызванная SARS-CoV-2, принимает критически разные формы течения: от почти бессимптомных и легких, до тяжелых, с развитием пневмонии и летальным исходом. Почему так происходит, пока остается неясным, но степень иммунной защиты является одним из основных объяснений.
У нас есть врожденный иммунитет – это способность организма распознавать чужеродные клетки и удалять их. Он реагирует бурно и на все подряд, не вникая особо, что же такое чужеродное проникло в организм. Врожденный иммунитет включает механизмы развития воспаления для всего, что смогло прорваться через защитные барьеры кожи и слизистых оболочек. Ответ получается быстрый, но не специфический.
Наряду с врожденным, есть адаптивный иммунитет. Он, в свою очередь, более тонко настраиваемая система, которую сначала надо обучить, но зато потом на проникновение агрессоров она будет реагировать быстрее и точнее, чем врожденные механизмы защиты.
Адаптивный иммунитет нацелен на конкретные патогены, которые он определяет по антигенам. У него уже есть набор готовых антител в виде В-лимфоцитов, которые он может в любой момент активировать, чтобы антител стало много. И тогда человек может даже не узнать, что столкнулся с инфекцией повторно – никаких выраженных реакций у него не будет. Или, если и будет, то в слабой форме и без осложнений. Это так называемый антительный иммунитет, который еще называют гуморальным.
А есть еще другой механизм адаптивного иммунитета — Т-клеточный, в котором задействованы Т-лимфоциты.
В механизме работы антител и Т-лимфоцитов есть существенные отличия. Так, например, со временем антитела исчезают из организма человека, а вместе с этим исчезает и их защитная функция. Антитела являются неживыми молекулами, и в отличие от них, Т-лимфоциты — живые, они способны делиться. Из них значительная часть также погибнет, но какая-то часть останется в виде клеток памяти. Эти клетки, судя по другим инфекциям, существуют десятилетиями.
Отмечено, что чем легче человек перенес коронавирус, тем выше вероятность того, что у него не будут выявлены антитела.
Отрицательный анализ на антитела к вирусу SARS-CoV-2 не означает, что человек не болел коронавирусной инфекцией, у таких людей отпор вирусу могли дать Т-лимфоциты.
Т-клеточный иммунитет рекомендуется проверить людям, перенесшим COVID-19, в крови которых антитела (IgG) не определяются; лицам с признаками коронавирусной инфекции, подтвержденной результатами КТ, с симптомами, но без антител; лицам, которые контактировали с больными COVID-19 (на работе или дома); а также пациентам после иммунопрофилактических мероприятий.
Диагностика Т-клеточного иммунитета: пандемия как драйвер инновации
Диагностика Т-клеточного иммунитета: пандемия как драйвер инновации
Т-клеточный стартап TScan Therapeutics начал коллаборацию с компанией Qiagen для разработки теста на Т-клеточный иммунитет к COVID-19
Автор
Редакторы
Статья на конкурс «Био/Мол/Текст»: Споры о вакцинах и иммунитете против нового коронавируса кажутся бесконечными! От обсуждения ПЦР-диагностики и тестов на антитела дискуссии постепенно смещаются в сторону стойкости иммунитета: но измерить иммунитет человека по-прежнему сложно. Узнаем о том, как пандемия вдохнула новую жизнь в старую технологию и станет ли диагностика клеточного иммунитета доступной, в статье специалиста по Т-клеткам Софьи Касацкой.
Конкурс «Био/Мол/Текст»-2020/2021
Эта работа заняла второе место в номинации «Академия & бизнес» конкурса «Био/Мол/Текст»-2020/2021.
Генеральный партнер конкурса — ежегодная биотехнологическая конференция BiotechClub, организованная международной инновационной биотехнологической компанией BIOCAD.
Спонсор конкурса — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.
Спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.
Вакцинация от коронавирусной инфекции SARS-CoV-2 — одна из самых горячих тем на границе 2020 и 2021 гг. Не утихают споры о безопасности вакцин, разработанных в сжатые сроки, о принципах производства и об основных принципах иммуногенности. Много спорят и о том, стоит ли добровольно прививаться тем, кто уже успел переболеть COVID-19, или, по крайней мере, подозревает об этом. Достаточно ли привиться один раз, а если вирус будет мутировать, как действовать дальше? Достаточно ли переболеть один раз или стоит бояться заболеть одной и той же инфекцией раз в сезон?
Для того чтобы ответить на эти вопросы и понять историю прошлых болезней, нужно изучить иммунную память (также ее называют иммунологической). Как правило, для проверки иммунной памяти на конкретную инфекцию проверяют наличие антител в плазме крови: ИФА-тест на антитела класса IgG (ИФА — иммуноферментный анализ). В этом тесте подсчитывается количество антител, которые сорбируются (прилипают) к стандартизированным антигенам, то есть молекулам, встречающимся именно у возбудителя данной инфекции и нигде больше. Антитела, в особенности класса IgG, поразительно точно и выборочно контактируют с однажды «выбранной» молекулой: мало где в биологии можно найти более точные и постоянные молекулярные контакты. Тем не менее тест на антитела — по большей части дань историческому процессу, а не «золотой стандарт» тестирования иммунной памяти. Пандемия стремительно изменила многие аспекты нашей жизни — может ли она поменять и то, что мы считаем стандартом в диагностике иммунитета?
Увидеть адаптивный иммунитет
«Биомолекула» неоднократно писала об уникальных механизмах, которые обеспечивают работу этой удивительной регуляторной системы — системы адаптивного иммунитета человека [1–3].
Чтобы увидеть Т-клетки и В-клетки разных типов, иммунологи чаще всего используют проточную цитометрию (FACS) [4]. Например, если мы хотим увидеть клетки памяти, то крепим флуоресцентную метку на молекулу, присутствующую только на поверхности клеток иммунной памяти, и подсчитываем клетки, пролетающие по одной через лазер и детектор флуоресценции.
Так можно узнать процент клеток, выполняющих определенную функцию, например, весь объем клеток памяти в крови на все прошлые инфекции. Теперь усложним задачу и выделим только клетки памяти на конкретную инфекцию — например, интересующий всех SARS-CoV-2, — как это сделать? Мы можем увидеть недавно активированные клетки среди клеток памяти. Лимфоциты из образца крови пациента смешиваются и инкубируются с молекулами, принадлежащими вирусу, чаще всего, — с очищенными белками, нарезанными на фрагменты. Т- и В-клетки, способные узнать и связать вирусный антиген, активируются, станут активированными эффекторными клетками, и мы сможем их различить среди всей иммунной памяти на FACS-анализе. Такие тесты проводятся в качестве дополнительных научных исследований.
Тест требует не только несколько часов на выделение клеток и их активацию вирусными белками либо пептидами, но и время дорогостоящего специалиста по проточной цитометрии, у которого прибор для FACS всегда работает и настроен, а не простаивает. Сочетание сразу двух факторов приводит к тому, что метод далеко не массовый. Можно представить метод рутинным в нескольких ведущих медицинских центрах, но сложно распространить: на порядки сложнее, чем внедрить регулярное ПЦР-тестирование.
Антитела или Т-лимфоциты
В качестве гораздо более дешевого и доступного теста, чем FACS, иммунологи смотрят не на сами клетки, а на то, что иммунные клетки производят [5]. Вспомним рецепторы, которые служат для решения задачи точного, прочного и выборочного связывания вирусных белков-антигенов. Т-клетки держат рецепторы на поверхности, на клеточной мембране. А вот В-лимфоциты свои уникальные рецепторы синтезируют как в мембранной, так и в растворимой форме — эти растворимые В-клеточные рецепторы и есть антитела. Получается, что вместо флуоресцентных меток и В-клеток памяти можно просто измерить концентрацию антител? Вдобавок, учебник иммунологии рассказывает, что В-клетки формируют память с помощью Т-клеток. Значит ли это, что если антитела есть, то уже произошло формирование памяти: сначала на уровне Т-клеток, затем на уровне В-клеток?
Да, текущие представления об иммунологии человека говорят: высокий уровень антител подразумевает, что Т-клеточный иммунный ответ тоже есть. Тем не менее известны и неклассические механизмы, при которых В-клетки быстро начинают производить антитела (чаще классов IgD, IgM) вне особых зон лимфоузла и при меньшем контроле со стороны Т-клеток. Обратная логика оказывается неверной: Т-клеточная иммунная память не зависит от наличия антител в крови, формируется независимо и сохраняется дольше.
Интуитивно кажется, что было бы отлично сохранять в крови антитела к коронавирусу после вакцинации или инфекции на всю жизнь. Некоторые инфекции формируют такой иммунный ответ, и это коррелирует с иммунной защитой, то есть вероятностью не заболеть при повторном заражении [6]. Но для других инфекций уровень антител в крови достаточно быстро, за несколько месяцев, снижается. Так происходит потому, что за свою жизнь человек встречает сотни тысяч типов вирусов, и производить антитела на все вирусные антигены просто невозможно. Приходится выбирать, происходит конкуренция с защитой от других инфекций, а также конкуренция с антителами, которые нужны для регуляции собственной физиологии организма. Антитела постепенно снижают концентрацию и пропадают из крови, но сохраняются В-клетки памяти, которые смогут вновь производить нужные антитела при необходимости.
Было бы идеально, чтобы организм производил антитела и держал их в оптимальной концентрации в крови не во время повторной болезни, а чуть заранее: до заражения. Именно для этого существуют сезонные ревакцинации: небольшая бустерная доза антигена поступает заранее и через 9–14 дней иммунитет снова подготовлен к сезонному контакту с большим количеством вирусных частиц вокруг. А постоянное, круглогодичное производство антител на высоком уровне можно оставить тем В-лимфоцитам, которые действительно каждый день сталкиваются с одними и теми же бактериями и вирусами: например, В-лимфоцитам слизистой ЖКТ, работающим с кишечными симбионтами.
ELISPOT: ИФА для Т-клеток?
Антитела оказались удобным для измерения косвенным маркером иммунной памяти, но отсутствие антител еще не говорит об отсутствии Т-клеточной памяти. Специфичную иммунную память Т-клеток, к сожалению, нельзя измерить так же легко, по нескольким миллилитрам плазмы крови. Как упоминалось выше, Т-клетки не секретируют свои рецепторы в растворимом виде. Зато Т-лимфоциты, в соответствии со своей ролью дирижеров всего иммунного ответа, вырабатывают множество сигнальных молекул — цитокинов. Цитокины, в большинстве своем, — тоже растворимые молекулы, и их концентрацию можно измерить в объеме (суммарно), либо «подсветить» с помощью флуоресцентных меток сразу при их секреции из специфичных Т-клеток (и увидеть соответствие клетка—сигнал). На этом принципе основан иммуноферментный анализ на клональных отпечатках Т-клеток, или ELISPOT (enzyme-linked immunosorbent spot).
Как правило, Т-хелперы секретируют сигнальные цитокины, чья основная задача — активировать нужную ветвь иммунного ответа, привлечь клетки врожденного иммунитета и подавить конкурирующие сигналы. Среди функций цитокинов — подача сигналов внутри иммунной системы — от Т-клеток и для Т-клеток для уточнения принятия решений. Подобная информация «для внутреннего использования» передается и от Т-хелперов Т-киллерам, и в обратном направлении. Яркий пример такого сигнала — интерферон-гамма: активированные Т-киллеры секретируют IFNγ наравне с Т-хелперами. Массовая выработка интерферона позволяет быстро распространить информацию на уровне всего организма. На основе измерения продукции IFNγ Т-клетками разработан самый надежный из ELISPOT-тестов на антиген-специфичный Т-клеточный ответ [7], [8].
Для ELISPOT живые изолированные Т-клетки периферической крови инкубируются с антигенами, как правило, белковыми либо пептидными. Этот процесс должен имитировать то, как в организме Т-клетки в лимфоузлах узнают антигены и активируются: процесс презентации антигена. Небольшая доля специфичных клеток узнает антигены и производит IFNγ, причем интерферон сразу фиксируется и позже визуализируется в точке секреции. В процессе активации Т-клетки делятся: из одной клетки образуется целый клон антигенспецифичных клеток, все они производят интерферон, и при визуализации «пятно» продукции интерферона растет в диаметре (рис. 1). При ELISPOT сложно точно сказать, сколько антигенспецифичных клонов было изначально в образце до активации, размножения и формирования пятна. Остается неясным, сколько Т-клеток узнают антиген in vivo, но не прореагировали из-за искусственной формы презентации антигена, не похожей на то, как Т-клетки обычно активируются в лимфоузлах. С другой стороны, метод немного проще оптимизировать в лаборатории и проще делать для многих пациентов одновременно, чем более дорогостоящий FACS-анализ; требующиеся приборы и реагенты дешевле.
Рисунок 1. Схема работы теста ELISPOT, определяющего активацию Т-лимфоцитов при взаимодействии с антигенами нового коронавируса SARS-CoV-2
[11], рисунок с изменениями
Поиск коронавирусных Т-клеток. Инновация TScan
ELISPOT используется во всех лабораториях, которые исследуют иммунитет человека. Метод ELISPOT и его модификации на пересекающихся пулах пептидов (наборах фрагментов, на которые нарезается белковый антиген) использовались в исследованиях эффективности вакцин от ВИЧ, и позже медленно распространились на исследования и других вакцин. В диагностических лабораториях метод стал популярен потому, что для более точной диагностики туберкулеза необходимо оценивать Т-клеточный иммунный ответ. Коммерческий тест получил название T-SPOT. Кроме туберкулеза, для других инфекций аналогичная диагностика не применялась — до 2020 года и кризиса, вызванного новой коронавирусной инфекцией SARS-CoV-2. Необходимость широкой диагностики самой инфекции и иммунной памяти к ней подтолкнула одновременно исследователей и производителей диагностических тестов к разработке новых методов и оптимизации старых и привычных. Интерес к быстрому и дешевому измерению Т-клеточной памяти растет параллельно с популярными в медиа опасениями, что у переболевших COVID-19 быстро пропадают антитела в крови.
Очень многие академические коллективы, которые работают на стыке биохимии, иммунологии человека и прикладных биотехнологий, весной 2020 года стали заниматься разработками для борьбы с пандемией, в том числе разрабатывать и налаживать диагностику инфекции. Нельзя не упомянуть пример коллектива Григория Ефимова из НМИЦ гематологии в Москве, активно работающий как над диагностикой Т-клеточного иммунитета к новому коронавирусу на основе FACS, так и в коллаборации по созданию одного из ИФА-тестов для определения антител к антигенам SARS-CoV-2 [9], [10]. Тем не менее вернемся к теме масштабируемого производства быстрых ELISPOT-тестов на Т-клеточный иммунитет: откуда берутся такие разработки, тоже из фундаментальных и клинических академических лабораторий?
Первой ELISPOT-тест на ковид (T-SPOT Discovery SARS-CoV-2 assay) выпустила компания Oxford Immunotec, ранее создавшая одну из самых популярных версий теста на туберкулез [11]. Этот тест использует пул разнообразных антигенов коронавируса и активацию Т-клеток в смеси с другими лейкоцитами периферической крови: иначе говоря, дизайн теста даже несколько упрощен по сравнению с тестом на туберкулез (рис. 1).
Куда более интересную модификацию запустил небольшой биотех-стартап под названием TScan Therapeutics. Этот стартап переориентировался на инфекционную иммунологию во время пандемии. Как и многие другие коллективы, к примеру, BioNTech (разработчик вакцины от коронавируса совместно с Pfizer), до пандемии они занимались онкологией и задачей оптимальной активации противоопухолевого иммунитета.
Осенью 2020 года TScan Therapeutics подписали соглашение о совместной разработке диагностического теста ELISPOT-типа с компанией Qiagen — крупнейшим производителем лабораторных реагентов и универсальных наборов для типовых экспериментов в молекулярной и клеточной биологии [12], [13]. Эта диагностика Т-клеточной памяти во многом отличается от версии Oxford Immunotec, и в первую очередь отличается идеологически: оксфордская компания быстро и практично сделала аналог своего существующего продукта-бестселлера, сохранив всю платформу и протокол метода и изменив только антиген. TScan же демонстрирует почти идеальный инновационный подход: вначале провели исследования Т-клеточного иммунитета, опубликовали выводы в престижном журнале Immunity, затем появилась идея для диагностического теста и, наконец, возможность производства в партнерстве с Qiagen.
Исследование TScan раскрывает детали того, какие молекулы среди белков коронавируса вызывают наибольший «интерес» у Т-клеток человека [14]. Иммунная память Т-киллеров, согласно исследованию, формируется не только и не столько на фрагменты антигена (эпитопы) S-белка коронавируса, на котором сфокусировано большинство вакцин 2020 года [15]. Напротив, эпитопов гораздо больше в нуклеокапсидном основном белке [16]. Далее, специалисты TScan показали отсутствие перекрестного иммунитета: антигены «сезонных» неопасных человеческих коронавирусов формируют память Т-киллеров, но эти Т-киллеры не способны отреагировать на коронавирус SARS-CoV-2. Наоборот, между SARS-CoV-1 (вызвавшим вспышку атипичной пневмонии в 2003 году) и SARS-CoV-2 существует значительная кросс-реактивность Т-клеток (переболевшие атипичной пневмонией могут быть защищены от SARS-CoV-2).
Обнаружение важнейших участков вируса, вызывающих долгую Т-клеточную память — это поиск иммунодоминантных эпитопов. Если активировать Т-клетки именно такими пептидами, можно существенно повысить качество диагностического теста. Уникальные данные TScan позволяют вычесть фон иммунной памяти на родственные и далекие коронавирусы и поднять специфичность диагностики иммунной памяти. При этом используется платформа, сходная с ELISPOT, что позволяет объединять много образцов и делать тест быстрым и широко доступным. Сейчас исследования Т-клеточного иммунитета при коронавирусе проводится либо в рамках научных исследований, либо на коммерческой основе, но точность и интерпретация теста затруднена, клиент получает результат через 1–2 неделю после теста. Партнерство TScan с Qiagen вселяет оптимизм по поводу доступности теста: ведь продукцией этой компанией пользуются буквально в каждой молекулярной и биохимической лаборатории на планете.
Интересна еще одна деталь. Исследователи из TScan брали донорские Т-клетки у доноров с наиболее распространенными в США генотипами других важных иммунных молекул: молекул HLA (молекул главного комплекса гистосовместимости, Human Leukocyte Antigen) подтипов HLA-A*02:01, HLA-A*01:01, HLA-A*03:01, HLA-A*11:01, HLA-A*24:02 и HLA-B*07:02. В зависимости от типа молекул HLA Т-клетки будут распознавать разные эпитопы одного и того же вируса. А поскольку у разных людей максимально вариабельные молекулы HLA, то и иммунный ответ Т-клеток у каждого формируется максимально индивидуально. Именно с этим связаны и сложности/дороговизна изучения Т-клеточного иммунитета, и невозможность «перелить иммунную память» переливанием крови — такой эксперимент может получиться только внутри пары однояйцевых близнецов. С другой стороны, даже в этом огромном разнообразии реакций клеточного иммунитета Т-клетки разных доноров, отвечающие на новый коронавирус, обладают некоторыми общими характеристиками.
Данные об общих параметрах иммунного ответа, которые будут накапливаться в совместных исследованиях TScan/Qiagen, представляют несомненный интерес для оптимизации лечения пациентов и создания методов лечения, таргетно направленного на активный и безопасный Т-клеточный ответ. Здесь проявляется особая черта сильных deeptech-стартапов в области биологии, биоинформатики и биотехнологий: технологическая платформа может быть использована не только для одного применения и быстрого завоевания рынка, а для разных задач, и в процессе, по ходу решения прикладной задачи возникают ценные, качественные и заметные научные открытия. Конечно, новость о сотрудничестве TScan и Qiagen — всего лишь одна из множества историй о биотех-прорывах 2020 года, и легко могла затеряться среди других новостей и инноваций. Но в этой неприметной новости заложен мощный потенциал, способный изменить современные представления о клинической диагностике иммунной памяти.