Tehnika koja mjeri prirodnu fluorescenciju stanica mogla bi promijeniti način na koji se procjenjuje spremnost imunološkog sustava za borbu protiv bolesti — a sve bez ijednog kemijskog dodatka koji bi mogao poremetiti uzorak krvi.
Znanstvenici s Morgridge Institute for Research i Sveučilišta Wisconsin–Madison razvili su metodu koja omogućava uvid u metaboličku aktivnost pojedinačnih imunoloških stanica unutar složenog uzorka krvi. Rezultati istraživanja objavljeni su u časopisu Biophotonics Discovery i otvaraju vrata novom pristupu dijagnostici koji se ne oslanja na fluorescentne oznake ni kemijske probe.
Periferne mononuklearne stanice krvi, poznate pod kraticom PBMC, već se rutinski koriste u kliničkoj praksi za proučavanje infekcija, autoimunih bolesti i raka. Problem je dosadašnjih metoda što one često uništavaju uzorak ili mijenjaju ponašanje stanica tijekom pripreme. Nova tehnika, nazvana optičko metaboličko snimanje (OMI), koristi dvofotonsku mikroskopiju za pobuđivanje prirodnih metaboličkih kofaktora unutar stanica i mjerenje vremena njihove emisije svjetlosti.
Metabolizam kao otisak prsta
Tim je analizirao tisuće pojedinačnih stanica iz uzoraka krvi tri zdrava donora, u stanju mirovanja i nakon aktivacije. Rezultati su pokazali da metabolizam pruža izniman uvid u identitet i funkciju imunoloških stanica. Aktivirane stanice razlikovane su od onih u mirovanju s točnošću od gotovo 94 posto već dva sata nakon stimulacije. Monociti, ključne stanice urođenog imunološkog sustava, identificirani su s 96-postotnom točnošću, dok su stanice prirodne ubojice (NK) prepoznate s približno 74-postotnom točnošću.
Posebno je zanimljivo otkriće da monociti i NK stanice imaju izrazito prepoznatljive metaboličke potpise, što odražava njihovu ulogu brzih odgovora u imunološkom sustavu. S druge strane, T i B stanice, koje pokreću specifičnije adaptivne imunološke odgovore, pokazale su sličnije metaboličke profile. Ova razlika mogla bi biti ključna za razumijevanje zašto neki pacijenti bolje reagiraju na terapije od drugih.
Što pojedinačne stanice kriju od prosjeka
Najveća prednost nove metode jest uvid u raznolikost unutar populacije stanica. Dok klasična mjerenja daju prosječne vrijednosti koje prikrivaju individualne razlike, OMI otkriva da neke stanice, poput monocita, pokazuju visoku metaboličku aktivnost dok su druge metabolički mirne. Upravo te razlike mogle bi biti presudne u procjeni ozbiljnosti bolesti ili učinkovitosti liječenja.
Nedestruktivna priroda tehnike posebno je vrijedna za terapije stanicama, poput CAR T-tretmana koji reprogramiraju pacijentove vlastite imunološke stanice za borbu protiv raka. Mogućnost procjene kvalitete stanica prije proizvodnje terapijskog proizvoda bez njihovog oštećenja otvara sasvim nove mogućnosti u personaliziranoj medicini.
Melissa Skala, viša autorica studije, ističe kako se PBMC stanice klinički lako izoliraju i već su dio rutinskog rada. Pitanje je, kaže, što se iz njih može dobiti što se dosad nije dobivalo. Odgovor koji njezin tim nudi — metabolički profil svake pojedinačne stanice — mogao bi biti upravo onaj sloj informacija koji je dosad ostajao skriven.
Iako tehnologija još nije dosegla točnost etabliranih metoda označavanja za identifikaciju svakog podtipa imunoloških stanica, njezina jedinstvena sposobnost mjerenja metabolizma bez izmjene uzorka čini je vrijednom nadopunom postojećim pristupima. Kombinacija naprednog biofotonskog snimanja i strojnog učenja mogla bi uskoro učiniti metaboličke informacije dostupnima za istraživanje raka, imunoloških poremećaja i staničnih terapija.
Ono što ostaje otvoreno jest pitanje koliko će klinička praksa brzo prihvatiti ovaj pristup s obzirom na to da trenutne dijagnostičke metode, iako invazivnije, imaju desetljeća kliničke validacije iza sebe. No činjenica da se funkcija imunološkog sustava može očitati iz prirodne fluorescencije stanica bez ijednog dodatka sugerira da je pred nama nova dimenzija razumijevanja bolesti — ona koja ne gleda samo koliko stanica imamo, nego i koliko su one sposobne djelovati.