Микрочип для картирования антител ускоряет разработку вакцин, быстро выявляя скрытые сайты связывания
Новый микрочип, созданный учёными из Scripps Research, позволяет выяснить, как антитела человека взаимодействуют с вирусами, используя всего каплю крови. Технология предоставляет исследователям более быстрые и чёткие данные, которые могут ускорить разработку вакцин и поиск антител.
«Это позволяет нам быстро получить "снимок" антител по мере их эволюции после вакцинации или контакта с патогеном», — говорит Эндрю Уорд, профессор кафедры интегративной структурной и вычислительной биологии Scripps Research и старший автор статьи, опубликованной в Nature Biomedical Engineering 3 июня 2025 года. — «Раньше мы не могли делать этого с такой скоростью или с такими крошечными объёмами крови».
Когда человек заражается вирусом или получает вакцину, его иммунная система создаёт новые антитела для распознавания чужеродного агента. Некоторые антитела эффективно работают против патогена, а другие связываются с ним слабо. Определение того, с какими именно частями вируса связываются лучшие антитела, — ключевая информация для учёных, стремящихся оптимизировать вакцины, поскольку им нужно создавать препараты, вызывающие сильный и надёжный иммунный ответ.
«Если мы знаем, какие именно антитела приводят к наиболее защитной реакции против вируса, мы можем сконструировать новые вакцины, которые будут вызывать эти антитела», — поясняет Ли Сьюолл, аспирант Scripps Research и первый автор статьи.
В 2018 году лаборатория Уорда представила метод картирования поликлональных эпитопов на основе электронной микроскопии (EMPEM). Этот метод позволял визуализировать, как антитела в образцах крови прикрепляются к вирусу. Несмотря на прорывной характер, у него были недостатки: процесс занимал целую неделю и требовал относительно больших объёмов крови.
«Во время пандемии COVID-19 мы очень захотели найти способ делать это быстрее, — говорит Альба Торрентс де ла Пенья, научный сотрудник Scripps Research, помогавшая руководить работой. — Мы решили создать что-то с нуля».
В новой системе, получившей название микрофлюидного картирования поликлональных эпитопов на основе ЭМ (mEM), исследователи начинают с 4 микролитров крови, взятой у человека или животного, — примерно в 100 раз меньше, чем требовалось для оригинального EMPEM. Кровь вводят в крошечный многоразовый чип, где вирусные белки закреплены на специальной поверхности. Когда кровь протекает через чип, антитела распознают и связываются с ними. Затем вирусные белки — с присоединёнными антителами — осторожно высвобождают из чипа и готовят 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 были вакцинированы или инфицированы вирусами, включая грипп, SARS-CoV-2 и ВИЧ. Новая методика не только быстро картировала взаимодействия антител с этими вирусами, но и оказалась более чувствительной, чем EMPEM: она выявила новые сайты связывания антител на белках вирусов гриппа и коронавируса, которые не были обнаружены с помощью EMPEM.
Чтобы отследить, как антитела эволюционируют с течением времени у отдельных мышей после вакцинации, команда брала небольшие образцы крови у одной мыши в разные моменты времени.
«Раньше это было бы невозможно из-за объёма крови, необходимого для EMPEM, — говорит Сьюолл. — Поэтому возможность наблюдать за одной особью во времени была действительно захватывающей».
Сейчас исследователи работают над автоматизацией и мультиплексированием системы, что в конечном итоге позволит обрабатывать десятки образцов параллельно. В перспективе они видят, что mEM станет широко используемым инструментом для мониторинга и направления разработки вакцин против патогенов — от коронавирусов до малярии.
«Эта технология полезна в любой ситуации, когда у вас очень ограниченный объём образца или нужны быстрые предварительные результаты, — говорит Торрентс де ла Пенья. — Мы надеемся, что по мере упрощения и оптимизации она станет доступной для большего числа исследователей».