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A qualquer momento, milhões de células T circulam por todo o corpo humano, à procura de potenciais invasores. Cada uma dessas células T possui um receptor de células T dissemelhante, especializado em reconhecer um antígeno estranho.
Para facilitar a compreensão de uma vez que esse tropa de células T reconhece seus alvos, o professor associado do MIT, Michael Birnbaum, desenvolveu ferramentas que podem ser usadas para estudar um grande número dessas interações ao mesmo tempo.
Interpretar essas interações pode eventualmente ajudar os pesquisadores a encontrar novas maneiras de reprogramar células T para atingir antígenos específicos, uma vez que mutações encontradas no tumor de um paciente com cancro.
“As células T são muito diversas em termos do que reconhecem e do que fazem, e tem havido um progresso incrível na compreensão disso, exemplo por exemplo. Agora, queremos ser capazes de compreender todo esse processo com o mesmo nível de sofisticação com que entendemos as peças individuais. E pensamos que, uma vez que tenhamos esse entendimento, poderemos ser muito melhores em manipulá-lo para afetar positivamente as doenças”, diz Birnbaum.
Esta abordagem poderá levar a melhorias na imunoterapia para tratar o cancro, muito uma vez que a potenciais novos tratamentos para doenças autoimunes, uma vez que a diabetes tipo 1, ou infecções uma vez que o VIH e a Covid-19.
Lidando com problemas difíceis
O interesse de Birnbaum em imunologia se desenvolveu cedo, quando ele era um estudante do ensino médio na Filadélfia. Sua escola oferecia um programa que permitia que os alunos trabalhassem em laboratórios de pesquisa na espaço, portanto, começando na décima série, ele fez pesquisas em um laboratório de imunologia no Fox Chase Cancer Center.
“Fui exposto a algumas das mesmas coisas que estudo agora, na verdade, e isso realmente me colocou no caminho de perceber que era isso que eu queria fazer”, diz Birnbaum.
Porquê estudante de graduação na Universidade de Harvard, ele se matriculou em uma especialização recém-estabelecida conhecida uma vez que biologia química e física. Durante um curso introdutório de imunologia, Birnbaum ficou cativado pela complicação e venustidade do sistema imunológico. Ele continuou para obter um PhD em imunologia na Universidade de Stanford, onde começou a estudar uma vez que as células T reconhecem seus antígenos intuito.
Os receptores de células T são complexos de proteínas encontrados nas superfícies das células T. Esses receptores são feitos de segmentos de genes que podem ser misturados e combinados para formar até 1015 sequências diferentes. Quando um receptor de células T encontra um antígeno estranho que reconhece, ele sinaliza para a célula T se multiplicar e iniciar o processo de eliminação das células que exibem esse antígeno.
Porquê aluno de pós-graduação, Birnbaum trabalhou na construção de ferramentas para estudar interações entre antígenos e células T em larga graduação. Depois terminar seu PhD, ele passou um ano fazendo um pós-doutorado em um laboratório de neurociência em Stanford, mas rapidamente percebeu que queria voltar para a imunologia.
Em 2016, Birnbaum foi contratado uma vez que membro do corpo docente do Departamento de Engenharia Biológica do MIT e do Instituto Koch de Pesquisa Integrativa do Cancro. Ele foi atraído para o MIT, diz ele, pela disposição dos cientistas e engenheiros do Instituto de trabalharem juntos para resolver problemas difíceis e importantes.
“Há uma coragem na forma uma vez que as pessoas estavam dispostas a fazer isso”, ele diz. “E a comunidade, particularmente a comunidade de imunologia cá, era inigualável, tanto em termos de qualidade, quanto em termos de quão solidária ela era.”
Bilhões de alvos
No MIT, o laboratório de Birnbaum se concentra nas interações antígeno-célula T, com a esperança de eventualmente ser capaz de reprogramar essas interações para ajudar a combater doenças uma vez que o cancro. Em 2022, ele relatou uma novidade técnica para averiguar essas interações em grandes escalas.
Até portanto, a maioria das ferramentas existentes para estudar o sistema imunitário foram concebidas para permitir o estudo de um grande conjunto de antigénios expostos a uma célula T (ou célula B), ou de um grande conjunto de células imunitárias que encontram um pequeno número de antigénios. O novo método de Birnbaum utiliza vírus modificados para apresentar muitos antígenos diferentes a enormes populações de células imunológicas, permitindo aos pesquisadores rastrear enormes bibliotecas de antígenos e células imunológicas ao mesmo tempo.
“O sistema imunológico trabalha com milhões de receptores de células T exclusivos em cada um de nós, e bilhões de possíveis alvos de antígenos”, diz Birnbaum. “Para conseguir realmente entender o sistema imunológico em graduação, passamos muito tempo tentando erigir ferramentas que possam trabalhar em escalas semelhantes.”
Essa abordagem pode permitir que os pesquisadores eventualmente rastreiem milhares de antígenos contra uma população inteira de células B e células T de um sujeito, o que pode revelar por que algumas pessoas combatem naturalmente certos vírus, uma vez que o HIV, melhor do que outras.
Usando esse método, Birnbaum também espera desenvolver maneiras de reprogramar células T dentro do corpo de um paciente. Atualmente, a reprogramação de células T requer que as células T sejam removidas de um paciente, alteradas geneticamente e, portanto, reinfundidas no paciente. Todas essas etapas poderiam ser ignoradas se, em vez disso, as células T fossem reprogramadas usando os mesmos vírus que a tecnologia de triagem de Birnbaum usa. Uma empresa chamada Kelonia, cofundada por Birnbaum, também está trabalhando para atingir esse objetivo.
Para modelar interações de células T em escalas ainda maiores, Birnbaum agora está trabalhando com colaboradores ao volta do mundo para usar lucidez sintético para fazer previsões computacionais de interações de células T-antígeno. A equipe de pesquisa, que Birnbaum está liderando, inclui 12 laboratórios de cinco países, financiados pelo Cancer Grand Challenges. Os pesquisadores esperam erigir modelos preditivos que podem ajudá-los a projetar células T projetadas que podem ajudar a tratar muitas doenças diferentes.
“O programa é montado com foco em se esses tipos de previsões são possíveis, mas se forem, pode levar a uma compreensão muito melhor de quais imunoterapias podem funcionar com pessoas diferentes. Pode levar ao design personalizado de vacinas e pode levar ao design personalizado de terapia de células T”, diz Birnbaum.