在免疫学领域，B细胞的研究正经历着一场革新。B细胞不仅在抗体产生中扮演关键角色，而且在塑造免疫反应和记忆形成中也至关重要。特别是在淋巴瘤患者中，B细胞功能的失调导致了感染风险的增加和疫苗效力的降低，这强调了深入理解B细胞反应机制的重要性。随着生物材料和组织工程技术的进步，研究人员现在能够利用合成水凝胶等材料模拟淋巴组织的微环境，为B细胞的研究提供了新的体外模型。这些模型不仅能够维持长期的生发中心反应，还能够测试B细胞对各种刺激的反应，包括疫苗接种和病原体攻击。这些技术的发展，使得研究人员能够更精确地控制和观察B细胞在模拟的生理条件下的行为，从而揭示了细胞外基质、组织刚度和化学因子梯度等微环境因素对B细胞功能的影响。此外，通过整合免疫微环境的多个方面，这些模型为研究B细胞在健康和疾病状态下的复杂动态提供了独特的视角。PEG水凝胶因其出色的生物相容性和模拟细胞外基质的能力，在模拟淋巴组织的微环境研究中显示出显著优势。它们能够通过调整组成和结构来定制物理化学特性和生物功能，以优化干细胞的培养环境，并且具有多种凝胶化方式，为微粒的制备提供了灵活性。此外，PEG水凝胶能够促进细胞间及细胞-基质间的相互作用，这对于干细胞的增殖、分化和组织形成至关重要。它们还展现出优异的生物活性和营养有效性，有助于干细胞的长期存活和功能维持。微流控技术的应用使得PEG水凝胶微粒的大规模定制化生产成为可能，这对于干细胞治疗的临床应用和商业化具有重要意义。PEG水凝胶的快速温和凝胶化条件和高耐疲劳性使其适合于生物相关动态环境下的应用，而其微观相分离结构则通过光偶联反应建立牢固界面，保证了结构的完整性。这些特性使得PEG水凝胶成为研究淋巴组织微环境和开发新治疗策略的理想材料。在本研究中，来自乔治亚理工学院Ankur Singh研究团队利用四臂聚乙二醇大分子（PEG-4MAL）和模仿血管细胞粘附蛋白-1（VCAM-1）的REDV肽段，构建了具有特定机械性能的水凝胶。利用水凝胶模拟淋巴组织环境，成功培养出具有功能性的人类扁桃体衍生淋巴类器官，并分析了这些类器官中B细胞的活性和表型变化。相关内容以“Human immune organoids to decode B cell response in healthy donors and patients with lymphoma”为题发表在《Nature Materials》中。上图展示了基于生物工程合成水凝胶的扁桃体衍生淋巴类器官的研究，包括人类扁桃体组织的循环免疫荧光图像、扁桃体组织的硬度测量、不同重量百分比PEG-4MAL水凝胶的机械特性、扁桃体类器官的工作流程、以及在不同条件下培养的扁桃体单核细胞的B细胞活性和表型变化。这些结果突出了水凝胶微环境对B细胞存活、增殖和分化的影响，以及在模拟体内B细胞反应方面的重要性。图2 PBMC衍生水凝胶的类器官捕获供体变异性和辅助应答通过一系列实验结果，展示了利用PEG-4MAL基水凝胶培养的PBMC衍生淋巴类器官能够有效模拟人体对H1N1疫苗及佐剂R848的免疫反应。实验数据显示，这些类器官能够捕捉到不同供体间的免疫反应差异，并在加入R848后显示出增强的GC B细胞、ASC和浆细胞的生成。此外，通过ELISpot实验和IgG反应性分析，证实了类器官对流感病毒的特异性反应。流式细胞术分析进一步确认了H1N1特异性GC B细胞和浆细胞的增强。图3 人类类淋巴器官的转录组学，BCR，克隆性和SHM变化通过转录组学、B细胞受体(BCR)测序、克隆分析和体细胞高频突变(SHM)分析，揭示了人类淋巴类器官中B细胞和浆细胞的成熟过程。RNA测序分析显示了不同时间点CD138+ B细胞的差异表达基因集，单细胞RNA测序和UMAP投影揭示了B细胞随时间的基因表达多样性，BCR测序显示了免疫球蛋白类别转换和克隆扩增，而SHM分析则提供了关于ASC成熟的重要信息，表明类器官衍生的ASC和浆细胞随时间显示出增加的SHM数量，并在更成熟的细胞中积累，与骨髓中ASC的报告一致。此外，疫苗调节了GC区域的区域性，通过CXCL12和CXCR4的表达变化，展示了GC中暗区和光区B细胞的动态重组。图4 同时抑制胃癌B细胞中EZH2和BCL6可增强浆细胞生成通过抑制特定蛋白质EZH2和BCL6，可以增强GC B细胞向浆细胞的分化，从而增加抗体分泌细胞（ASCs）和浆细胞的数量。研究发现，在H1N1病毒和R848联合刺激下，PBMC衍生的类器官中EZH2和BCL6的表达增加，通过抑制这两种蛋白，可以显著减少GC B细胞的数量，同时增加CD19loCD138+浆细胞的数量，并提高抗原特异性IgG的分泌。此外，抑制EZH2和BCL6还导致暗区和光区GC B细胞的分布发生变化，表明抑制这些检查点分子可以加速GC反应向浆细胞表型的分化。图5 抗CD20免疫治疗可降低淋巴瘤患者重组B细胞的GC形成能力利用PBMC衍生的类器官预测癌症患者对疫苗的免疫反应。研究发现，与健康捐赠者相比，经过化疗免疫疗法治疗的淋巴瘤患者（DLBCL）的PBMC类器官在对Fluzone流感疫苗的反应上表现出明显的减弱。具体来说，健康捐赠者的PBMC类器官在接种Fluzone疫苗后能够产生强烈的GC B细胞反应，而DLBCL患者的PBMC类器官则显示出较少的GC B细胞和浆细胞。此外，Fluzone疫苗联合R848佐剂能够增强健康捐赠者PBMC类器官中GC B细胞、ASC、浆细胞和记忆B细胞的分化。这些结果揭示了PBMC类器官在模拟和预测人体对疫苗接种的免疫反应中的潜力，尤其是在评估癌症患者对疫苗反应的个体差异方面。图6 在芯片上的器官中具有可转换梯度的淋巴细胞包裹组织淋巴器官芯片技术的应用通过模拟体内环境，研究了CXCL12趋化因子梯度对B细胞分化和免疫反应的影响。研究发现，在微流体芯片中，CXCL12的梯度分布能够调控B细胞的极化，形成类似体内GCs的暗区和光区结构。这种器官芯片模型不仅增强了IgG1抗体的产生，还影响了多种细胞因子的分泌，包括IL-6、IL-12p70、TNF-α、IFNγ等，揭示了CXCL12在B细胞激活和分化中的重要作用。此外，该模型还发现，经过化疗的淋巴瘤患者（DLBCL）的B细胞失去了形成这些必要区域的能力，这可能影响了他们的体液免疫反应。这些发现为研究B细胞反应和疫苗设计提供了新的视角，并可能对癌症幸存者的免疫健康产生重要影响。本文介绍了一种创新的人类免疫器官类器官技术，通过模拟淋巴组织微环境，利用合成水凝胶支持B细胞的长期存活和分化，从而在体外成功模拟了B细胞反应和浆细胞形成。研究发现，这些类器官能够维持GC B细胞和浆细胞，展现出独特的B细胞编程特性，包括GC区域的形成、体细胞高频突变、免疫球蛋白类别转换和B细胞克隆。通过化学抑制转录和表观遗传过程，增强了浆细胞的形成，而整合CXCL12蛋白的淋巴器官芯片能够调节健康捐赠者B细胞的GC反应，但在淋巴瘤患者的B细胞中未能成功。此外，该系统还揭示了疫苗佐剂R848对增强B细胞反应的重要性，以及通过抑制EZH2和BCL6来促进GC B细胞向浆细胞分化的潜力。最后，研究还利用淋巴器官芯片模拟了GCs的暗区和光区结构，为研究B细胞反应和疫苗设计提供了新的平台，并对理解癌症治疗后B细胞功能恢复的机制提供了见解。原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41563-024-02037-1
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