SARS-CoV-2的快速突變和進化，讓人們認識到必須同樣迅速地開發疫苗，以提供對新出現的病毒株的保護。然而，預測候選疫苗在人類中的免疫原性仍然是一個挑戰。動物模型——包括人源化小鼠模型——雖然對于免疫研究很有用，但實驗動物與人類的免疫系統存在差異性，使之并不能準確預測人類群體的免疫原性。另外，人類對疫苗的反應也可能有很大差異，這部分取決于他們的個人感染史和疫苗接種史。例如，二價mRNA COVID疫苗被證明并不會比最初的單價疫苗更有效地對抗新出現的Omicron變體。巴斯德研究所病毒和免疫組組長Lisa Chakrabarti表示：“COVID-19大流行強調了臨床前系統——以快速評估候選疫苗引起的免疫反應——的必要性，特別是在特定的高風險人群中。”

為了開發出更好的替代臨床前系統，法國巴斯德研究所的研究人員開發出人造的“淋巴器官芯片”，這種芯片可以重現人體免疫系統對加強疫苗的大部分反應。文章于9月6日發表在《Journal of Experimental Medicine》上，可被用于評估針對各種傳染病的新型蛋白質和mRNA強化疫苗的是否有效。

研究背景

免疫系統對疫苗的反應是在次級淋巴器官——如淋巴結和脾臟——中協調的，各種類型的免疫細胞聚集在一起，相互作用，刺激產生特定抗體的B細胞的發展。由于次級淋巴器官(SLO)為抗原(Ag)特異性B淋巴細胞和T淋巴細胞合作并產生有效的適應性免疫應答提供了足夠的微環境，體外重建基于人細胞的次級淋巴器官模型，特別是重建SLO典型的三維(3D)環境以促進細胞運動和細胞間相互作用，從而增加Ag和Ag特異性細胞之間相遇的機會，進而研究體外適應性免疫反應，成為一種研究方向。然而，組織外植體由于其半衰期短而不適用于抗體產生的研究——直到Wagar等人開發了游離扁桃體細胞的長期培養(≥2-3周)，這些細胞自發地重新組裝成淋巴樣聚集體(Wagar等人，2021)的扁桃體類器官并在幾種病毒疫苗刺激下表現出類開關重組和抗體產生，因此被證明可用于比較人類對不同疫苗接種方式的體外免疫反應。但是穿刺具有侵入性且采樣量有限。

研究亮點

Chakrabarti的團隊開發了一種基于微流控芯片的淋巴器官芯片(LO芯片)模型，該微流控芯片在3D膠原基質中高密度植入人體外周血單核細胞(PBMC)，構建了人工版本的淋巴類器官。采用3D培養外周血單核細胞(PBMC)不需要侵入性淋巴組織采樣，用富含膠原/纖維蛋白等細胞外基質(ECM)成分的水凝膠來模擬淋巴樣結構的3D環境。確保3D培養物連續灌注的微流體系統進一步增加了淋巴細胞的粘附、遷移和分化，因為生理水平的剪切應力促進了整合素功能和趨化因子的產生。此外，在微流控裝置中，營養物質的持續更新和氧合水平的控制使培養的細胞密度達到接近淋巴器官的水平。增加的遷移能力和高細胞密度都促進了罕見的抗原特異性CD4+ T細胞和B細胞的相遇。“持續灌注抗原和營養的微流控芯片極大地促進了免疫細胞的生長和激活，”領導巴斯德微流控平臺并參與這項研究的Samy Gobaa解釋說。

在這種淋巴類器官芯片（LO芯片）中灌注SARS-CoV-2刺突蛋白模擬了疫苗刺激：血液樣本中的B細胞和T細胞變得活躍并聚集在一起，就像在體內的淋巴器官中一樣；B細胞成熟為刺突特異性記憶B細胞并擴增、漿母細胞分化、刺突特異性抗體的分泌。淋巴組織的特征——包括活化的CD4⁺ T細胞/B細胞簇的形成和成熟的漿母細胞的遷移——在LO芯片中得以重現。

由于人類血液樣本中存在多種其他免疫細胞類型，這使得淋巴類器官芯片也能對基于mRNA的COVID疫苗產生反應——髓細胞能夠捕獲和表達由脂質納米顆粒載體的mRNA，從而能夠評估對mRNA疫苗的反應。與現實世界的結果相似，對SARS-CoV-2武漢株單價和武漢株/Omicron二價mRNA疫苗增強劑的LO芯片上反應進行比較，顯示二者誘導的Omicron中和抗體相近，二價疫苗在誘導Omicron中和抗體方面一般并不比單價疫苗更有效，這表明在體內存在免疫印記（ immune imprinting，指免疫系統在遇到相似病原體的新變異時，產生的免疫反應可能會偏向于首次遇到的病原體，而不是新遇到的病原體）。

然而，通過比較來自不同供者血液樣本的淋巴類器官芯片，Chakrabarti和同事們能夠觀察到各種不同的反應：來自一些供者的芯片對兩種mRNA疫苗的反應都一樣好，而來自其他供者的芯片對其中一種疫苗的反應更強。“這說明了人群免疫史的多樣性，以及由此產生的疫苗反應的個體差異，”Raphaël Jeger-Madiot說。

Chakrabarti補充說：“面對這種可變性，淋巴類器官芯片可以提供一個有用的臨床前系統，以評估候選疫苗在不同人群中誘導針對當前SARS-CoV-2突變的中和抗體的能力。面對迅速演變的SARS-CoV-2大流行，這應該是一項有用的資產。”因此，淋巴類器官芯片代表了一個適用于疫苗增強策略臨床前評估的多功能平臺。


（文章來源：www.ebiotrade.com/newsf/2024-9/20240907071421327.htm）