Новый микрочип ускоряет разработку вакцин, выявляя скрытые участки связывания антител

Новая система, известная как микрофлюидное картирование поликлональных эпитопов на основе электронной микроскопии (mEM), предоставляет исследователям более быстрые и четкие данные, которые могут ускорить разработку вакцин и открытие антител. Автор: Scripps Research

Ученые из Scripps Research изобрели новый микрочип, который может показать, как антитела человека взаимодействуют с вирусами, используя всего одну каплю крови. Эта технология позволяет исследователям быстрее получать важные данные, что может ускорить разработку вакцин и поиск эффективных антител.

«Это позволяет нам быстро увидеть, как антитела развиваются после вакцинации или контакта с патогеном», — говорит Эндрю Уорд, профессор кафедры интегративной структурной и вычислительной биологии Scripps Research и старший автор новой статьи, опубликованной 3 июня 2025 года в журнале Nature Biomedical Engineering. «Раньше мы не могли делать это так быстро и с такими малыми объемами крови».

Когда человек заражается вирусом или получает вакцину, его иммунная система вырабатывает новые антитела для распознавания чужеродного агента. Некоторые антитела эффективно борются с патогеном, а другие связываются с ним слабо. Определение точных участков вируса, к которым прикрепляются наиболее эффективные антитела, — ключевая информация для ученых, разрабатывающих вакцины, так как их цель — создать препараты, вызывающие сильный и надежный иммунный ответ.

«Если мы знаем, какие именно антитела обеспечивают наиболее эффективную защиту от вируса, мы можем разработать новые вакцины, стимулирующие выработку этих антител», — объясняет Ли Сьюолл, аспирант Scripps Research и первый автор исследования.

В 2018 году лаборатория Уорда представила метод картирования поликлональных эпитопов на основе электронной микроскопии (EMPEM). Этот метод позволял визуализировать, как антитела в образцах крови связываются с вирусом. Хотя технология была прорывной, у нее были недостатки: анализ занимал целую неделю и требовал относительно больших объемов крови.

«Во время пандемии COVID-19 мы поняли, что нам нужен более быстрый способ», — говорит Альба Торренс де ла Пенья, научный сотрудник Scripps Research, участвовавшая в разработке. «Мы решили создать что-то с нуля».

Новая система, mEM, требует всего 4 микролитра крови — в 100 раз меньше, чем EMPEM. Кровь вводится в миниатюрный многоразовый чип, где вирусные белки закреплены на специальной поверхности. Антитела связываются с белками, после чего комплекс выделяется и анализируется с помощью стандартной электронной микроскопии. Весь процесс занимает около 90 минут.

Исследователи протестировали mEM на образцах крови людей и мышей, вакцинированных или зараженных вирусами гриппа, SARS-CoV-2 и ВИЧ. Технология не только быстро картировала взаимодействия антител с вирусами, но и оказалась более чувствительной, чем EMPEM, обнаружив ранее неизвестные участки связывания.

«Раньше мы не могли отслеживать эволюцию антител у одного животного из-за большого объема крови, необходимого для EMPEM», — отмечает Сьюолл. «Теперь это возможно, и это действительно впечатляет».

Сейчас команда работает над автоматизацией системы, что позволит анализировать десятки образцов одновременно. В перспективе mEM может стать стандартным инструментом для мониторинга и оптимизации разработки вакцин против различных патогенов — от коронавирусов до малярии.

«Эта технология полезна в ситуациях, когда у вас очень мало образца или нужны быстрые результаты», — говорит Торренс де ла Пенья. «Мы надеемся, что по мере упрощения системы она станет доступна большему числу исследователей».

Подробнее: Leigh M. Sewall et al, Microfluidics combined with electron microscopy for rapid and high-throughput mapping of antibody–viral glycoprotein complexes, Nature Biomedical Engineering (2025). DOI: 10.1038/s41551-025-01411-x