Microcip inovator dezvăluie modul în care corpul combate virusurile, în doar 90 de minute

Un studiu publicat recent în Nature prezintă o platformă inovatoare numită mEM (microfluidic electron microscopy), ce combină microfluidica cu microscopie electronică pentru analiza structurală rapidă și de înaltă rezoluție a răspunsurilor anticorpilor policlonali la infecții virale sau vaccinare. Această tehnologie adresează limitările metodologiei tradiționale EMPEM prin reducerea volumului necesar de ser, automatizare și creșterea sensibilității în detectarea epitoapelor.
Cartografierea epitoapelor recunoscute de anticorpi este esențială în înțelegerea protecției imunologice. Metodele convenționale, precum ELISA sau testele de neutralizare, oferă informații limitate. Deși EMPEM a permis vizualizarea la nivel structural a acestor interacțiuni, ea presupune un proces laborios, necesită volume mari de ser și nu este scalabilă pentru studii clinice extinse. mEM oferă o soluție miniaturizată, automatizată și reutilizabilă pentru a caracteriza rapid și cu acuratețe aceste complexe imune.

Despre platforma mEM

Concept și funcționare

• Utilizează celule microfluidice din PDMS pe suprafețe aurite funcționalizate cu monostraturi autoasamblate (SAMs) legate de Strep-TactinXT;
• Capturarea glicoproteinelor virale recombinante marcate cu Twin-Strep-tag, urmată de complexarea cu anticorpi policlonali din ser (≤4 µl);
• Complexele sunt eluate și analizate prin microscopie electronică negativă (ns-EM) sau cryo-EM;
• Timpul total de procesare este de 1–1,5 zile, față de >7 zile pentru EMPEM tradițional.

Optimizare și performanță

Platforma a fost calibrată folosind glicoproteina Spike a SARS-CoV-2, obținând o densitate optimă de particule (75–125 per micrografie). Suprafața aurită este reutilizabilă de cel puțin 4 ori, iar celulele PDMS timp de un an. Capturarea este eficientă și compatibilă cu analiză 3D.

Rezultate

Capturarea eficientă a glicoproteinelor virale

• mEM permite capturarea mai multor glicoproteine: SARS-CoV-2 S, OC43 S, HKU1 S, HA (H1 și influenza B) și HIV Env (N332-GT5);
• Particulele sunt vizualizate la densități comparabile cu metodele convenționale, dar cu volume mult reduse;
• Cryo-EM confirmă compatibilitatea platformei cu obținerea de hărți structurale la rezoluții între 3–6,9 Å.

Cartografierea epitoapelor anticorpilor

Testele cu anticorpi monoclonali și policlonali anti-SARS-CoV-2 au demonstrat fidelitatea capturii și lipsa agregării. mEM detectează epitoape suplimentare (ex. SD2) comparativ cu EMPEM clasic. Metoda este reproductibilă și funcționează direct pe ser fără purificare de anticorpi.

Aplicabilitate clinică: vaccin gripal și anticorpi preexistenți

• mEM a detectat răspunsuri anticorpale preexistente împotriva OC43 și HKU1 S în seruri de la patru pacienți vaccinați cu Fluzone;
• Comparativ cu EMPEM, mEM a identificat mai multe epitoape pentru toate glicoproteinele analizate;
• În cazul vaccinării antigripale, mEM a permis caracterizarea epitoapelor pentru ambele subtipuri de HA și a identificat regiuni dificil de detectat anterior (ex. interfața protomer–protomer).

Cartografiere longitudinală în modele animale

• Utilizând seruri individuale de la șoareci imunizați cu HIV Env N332-GT5, mEM a identificat răspunsuri anticorpale la nivel de individ, imposibil de analizat anterior;
• Epitoape precum bucla V1/3 și baza glicoproteinei au fost detectate în toate animalele testate;
• Rezultatele se corelează cu cele obținute anterior prin EMPEM pe seruri grupate, dar oferă o rezoluție temporală superioară.

Concluzii

Tehnologia mEM reprezintă o inovație majoră în domeniul cartografierii structurale a răspunsurilor imune policlonale. Platforma combină:

• Sensibilitate crescută – identifică epitoape absente prin EMPEM clasic;
• Consum redus de material – doar 4 µl ser comparativ cu 500 µl;
• Rapiditate și automatizare – timp de procesare redus de la o săptămână la 90 de minute;
• Scalabilitate și reutilizabilitate – suprafețele și dispozitivele pot fi reutilizate;
• Compatibilitate cu cryo-EM – obținerea de structuri la rezoluții subnanometrice.

Această platformă deschide noi perspective pentru evaluarea rapidă a răspunsului imun în studii clinice, preclinice și cercetări fundamentale, fiind un instrument de neprețuit pentru optimizarea vaccinurilor și înțelegerea detaliată a interacțiunilor anticorp–antigen.