研究人员通过数学和自然来了解免疫系统及其在癌症中的作用
树枝上的图案或河流蜿蜒的弯道能提供更好的癌症疗法的线索吗?根据弗吉尼亚联邦大学梅西癌症中心的一项新研究，这些在自然界中被称为分形的自相似重复模式有助于科学家更好地理解免疫系统是如何组织的，并有一天可能通过预测移植并发症的概率来帮助改善白血病患者的干细胞移植结果。
最近发表在杂志上血液和骨髓移植生物学“，该研究由医学博士阿米尔·图尔(Amir Toor)领导，在10个不相关的T细胞库中发现了分形模式干细胞移植捐赠者和接受者。T细胞是一个家族免疫系统细胞它们通过识别并攻击细菌、病毒或癌症等病原体来保持身体健康。T细胞有小的受体来识别抗原，抗原是外来细胞表面的蛋白质。一旦T细胞遇到外来细胞，抗原就会像锁上的钥匙一样进入T细胞的受体，T细胞的致命武器库就会被释放出来。一旦被激活，T细胞就会分裂成许多带有受体的克隆，这些受体被设计用来识别和防御特定的病原体。在一个人的一生中，他会发展出数百万个这样的克隆家族，它们组成了他的T细胞库，并保护他免受存在于他独特环境中的许多威胁。
“高通量测序的技术进步最近才允许科学家对负责T细胞库的遗传物质进行测序。乍一看，这些数据看起来像一堆乱七八糟的信息，”图尔说骨髓移植弗吉尼亚州立大学梅西癌症中心发展治疗学项目的项目和研究员。“然而，如果你通过分析负责各种类型T细胞受体的DNA片段来研究一个人的T细胞库，你就会开始注意到基于片段使用的分形模式。”Toor和他的团队希望这些信息能给他们提供线索，帮助他们更好地理解干细胞移植后免疫功能的恢复，并可能预测移植受者的并发症，如移植物抗宿主病。
就像一个孩子可以组装乐高积木来创建一系列不同的模型一样，人类已经进化出了一种高效的过程，通过一段称为T细胞受体位点的基因组重新排列基因片段来创建大量不同的T细胞受体家族。在这个过程中，被称为可变(V)段、多样性(D)段和连接(J)段的DNA片段被重新排列，以产生数百万个T细胞受体家族或克隆，身体用来对抗疾病。就像一棵树的分支模式从树干到最远的树枝都被忠实地复制一样，T细胞它们的家族是由DNA片段相互分支而成的，形成了一个盾牌，提供了对疾病的保护。
Toor的团队研究了在干细胞中携带不同V、D和J片段的T细胞克隆的频率细胞移植干细胞移植后的供者和受者。使用研究人员杰里米·迈耶(Jeremy Meier)设计的圆形图，以更好地可视化不同的排列DNA片段，研究小组在供体的T细胞受体家族中观察到类似的分形顺序。这种顺序甚至在生活在不同大洲的不同种族的捐赠者身上也很明显。在接受干细胞移植的患者中，Toor发现这种模式被打乱，患者在移植后三个月显示出较低水平的T细胞受体库的复杂性，随后在移植后一整年的时间里有适度的改善。
“试图恢复病人T的分形顺序细胞受体通过优化干细胞移植过程，可以作为一个有价值的治疗靶点，”Toor说。“此外，我们的发现有助于深入了解自然，即使在缺乏物理形式的复杂生物系统中，也能观察到由数学确定的组织。”
Toor和他的同事计划继续使用患者T细胞受体的高通量测序，以更多地了解干细胞移植后免疫系统是如何恢复的。该团队希望这将为他们提供有关未来干细胞移植和免疫治疗临床试验有效性的有价值的信息。
