Τα μαθηματικά και η φύση «ξεκλειδώνουν» το ανoσοποιητικό

Μπορούν τα σχέδια στα κλαδιά των δέντρων ή οι ελικοειδείς στροφές ενός ποταμού να προσφέρουν στοιχεία που θα καταφέρουν να οδηγήσουν σε καλύτερες θεραπείες κατά του καρκίνου;

Σύμφωνα με μία μελέτη από το Massey Cancer Center του Πανεπιστημίου της Βιρτζίνια, τα όμοια επαναλαμβανόμενα μοτίβα στη φύση, που είναι γνωστά ως φράκταλς, μπορεί να βοηθήσουν τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα πώς είναι οργανωμένο το ανοσοποιητικό σύστημα και ίσως μια μέρα καταφέρουν να χρησιμοποιηθούν για τη βελτίωση των αποτελεσμάτων της μεταμόσχευσης βλαστικών κυττάρων σε ασθενείς που πάσχουν από λευχαιμία, προβλέποντας τις πιθανότητες επιπλοκών στη μεταμόσχευση.

Η μελέτη, με επικεφαλής τον Αμίρ Τουρ, δημοσιεύτηκε πρόσφατα στην επιστημονική επιθεώρηση Biology of Blood and Marrow Transplantation και κάνει λόγο για ένα μοτίβο φράκταλ που βρέθηκε στο ρεπερτόριο των Τ-κυττάρων. Τα Τ-κύτταρα είναι μια οικογένεια κυττάρων του ανοσοποιητικού συστήματος που κρατούν το σώμα υγιές με τον εντοπισμό και την έναρξη επιθέσεων κατά των παθογόνων παραγόντων, όπως τα βακτήρια, οι ιοί ή ο καρκίνος. Τα Τ-κύτταρα έχουν μικρούς υποδοχείς που αναγνωρίζουν τα αντιγόνα, που είναι πρωτεΐνες στην επιφάνεια των ξένων κυττάρων. Μόλις τα Τ-κύτταρα αντιμετωπίσουν ένα ξένο κύτταρο, το αντιγόνο εντάσσεται σε υποδοχέα του Τ-κυττάρου, όπως το κλειδί στην κλειδαριά και τα Τ-κύτταρα εξαπολύουν την θανατηφόρα επίθεσή τους ενάντια στην απειλή. Μόλις ενεργοποιηθούν τα Τ-κύτταρα διαιρούνται σε πολλούς κλώνους με τους υποδοχείς σχεδιασμένους να αναγνωρίζουν και να προφυλάσσονται από το συγκεκριμένο παθογόνο. Κατά τη διάρκεια της ζωής ενός ατόμου, θα αναπτυχθούν εκατομμύρια οικογένειες αυτών των κλώνων, οι οποίες αποτελούν ρεπερτόριο των Τ-κυττάρων και προστατεύουν το άτομο από τις πολλές απειλές που υπάρχουν στο περιβάλλον του.

«Οι τεχνολογικές εξελίξεις έχουν μόλις πρόσφατα επιτρέψει στους επιστήμονες να παρακολουθήσουν τις αλληλουχίες του γενετικού υλικού που ευθύνονται για το ρεπερτόριο των Τ-κυττάρων. Τα δεδομένα με μια πρώτη ματιά μοιάζουν πραγματικά χαώδη. Ωστόσο, αν αναλύσει κανείς τα τμήματα DNA που είναι υπεύθυνα για τα διάφορα είδη των υποδοχέων των Τ-κυττάρων, θα παρατηρήσει ένα μοτίβο φράκταλ», λέει ο Τουρ.

Ο Τουρ και η ομάδα του αισιοδοξούν πως αυτή η πληροφορία θα τους δώσει στοιχεία ώστε να κατανοήσουν καλύτερα την αποκατάσταση της λειτουργίας του ανοσοποιητικού συστήματος μετά από μεταμόσχευση βλαστικών κυττάρων και ενδεχομένως να μπορεί να προβλέψει τις επιπλοκές. Οπως ένα παιδί προσπαθεί να ταιριάξει μια σειρά από lego για να δημιουργήσει διαφορετικά σχέδια, οι άνθρωποι έχουν εξελίξει σε μεγάλο βαθμό μια αποτελεσματική διαδικασία με την οποία ένα γονιδίωμα που ονομάζεται Τ-κυτταρικός υποδοχέας μπορεί να αναδιατάξει θραύσματα γονιδίων για να δημιουργήσει μια πληθώρα διαφορετικών οικογενειών Τ-κυτταρικού υποδοχέα. Σ’ αυτή τη διαδικασία τμήματα DNA αναδιατάσσονται για να δημιουργήσουν τα εκατομμύρια των οικογενειών Τ-κυτταρικού υποδοχέα ή κλώνους, ώστε το σώμα να καταπολεμήσει την ασθένεια.

Η ομάδα του Τουρ μελέτησε τη συχνότητα των Τ-κυτταρικών κλώνων, που έχουν διαφορετικές μεταβλητές, σε δότες βλαστικών κυττάρων, αλλά και σε παραλήπτες μετά τη μεταμόσχευση. Χρησιμοποιώντας ένα κυκλικό διάγραμμα που σχεδιάστηκε από τον ερευνητή Τζέρεμι Μάγερ, η  ομάδα παρατήρησε μια παρόμοια διάταξη φράκταλ στις οικογένειες Τ-κυτταρικού υποδοχέα των δωρητών. Αυτή η σειρά ήταν ακόμη εμφανής σε δότες διαφόρων εθνοτήτων που ζουν σε διαφορετικές ηπείρους. Σε ασθενείς, οι οποίοι έχουν λάβει μέσω μεταμόσχευσης βλαστικά κύτταρα, αυτό το μοτίβο διαταράχθηκε και οι ασθενείς εμφάνισαν χαμηλότερο επίπεδο πολυπλοκότητας σε ρεπερτόριο Τ-κυτταρικών υποδοχέων, τρεις μήνες μετά τη μεταμόσχευση, ακολουθούμενο από μια μέτρια βελτίωση ένα χρόνο μετά την μεταμόσχευση.

«Η προσπάθεια να αποκατασταθεί το φράκταλ ρεπερτόριο των Τ-κυτταρικών υποδοχέων του ασθενούς με τη βελτιστοποίηση των βλαστικών κυττάρων στη διαδικασία της μεταμόσχευσης θα μπορούσε να χρησιμεύσει ως πολύτιμος θεραπευτικός στόχος. Επιπλέον, τα ευρήματά μας δανείζονται εικόνες από τη φύση, έτσι ώστε ακόμα και σε  σύνθετα βιολογικά συστήματα, που στερούνται φυσικής μορφής, να παρατηρείται μια μαθηματικά καθορισμένη οργάνωση», εξηγεί ο Τουρ.