Onderzoekster Ilana Fox-Fisher. Foto via Hebreeuwse Universiteit
Ons immuunsysteem werkt hard om ons gezond te houden en ons te beschermen tegen bacteriën, virussen, schimmels, parasieten en kankercellen. Wanneer ons immuunsysteem verzwakt is, lopen we risico op ziekten en gevaarlijke infecties; wanneer ze overactief zijn, lopen we risico op ontstekingen en auto-immuunziekten. Daarom is nauwkeurige monitoring van de activiteit van ons immuunsysteem van vitaal belang voor onze gezondheid.
Momenteel is de belangrijkste manier om de gezondheid van ons immuunsysteem te testen een bloedtest waarbij de immuun cellen (witte bloedcellen) in het lichaam worden geteld. Als het aantal hoger uitkomt dan normaal, kan dit betekenen dat er een infectie in het lichaam is die het immuunsysteem afweert. Deze bloedonderzoeken slagen er echter vaak niet in de activiteit van het immuunsysteem in de afgelegen weefsels van het lichaam vast te stellen, zoals die in het beenmerg, de lymfeklieren en andere organen. In die gevallen moeten patiënten invasieve maatregelen volgen, zoals biopsieën en dure en mogelijk schadelijke beeldvormende modaliteiten zoals PET/CT-scans en MRI's. En zelfs dan detecteren dergelijke geavanceerde tests het probleem niet altijd.
Nu heeft een groep wetenschappers, onder leiding van de Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem (HU), MD/PhD-student Ilana Fox-Fisher en professor Yuval Dor van het HU's Institute for Medical Research-Israel Canada (IMRIC), een nieuwe methode ontwikkeld om immuunprocessen op afstand te monitoren binnen die afgelegen weefsels en organen. Het werk, onlangs gepubliceerd in eLife, is gebaseerd op twee fundamentele biologische principes. Ten eerste geven stervende cellen fragmenten van DNA af in de bloedbaan. Ten tweede bevat het DNA van elk celtype een uniek chemisch patroon dat methylering wordt genoemd.
Op basis van deze principes kunnen wetenschappers identificeren uit welk weefsel de circulerende DNA-fragmenten afkomstig zijn en ziektetoestanden afleiden. Als een patiënt bijvoorbeeld vecht tegen borstkanker, zal er een verhoging zijn van DNA-fragmenten (die in de bloedbaan worden afgezet nadat een cel sterft) afkomstig van borstcellen en die de methylerings kenmerken van borstcellen dragen, idem voor hart-DNA-fragmenten tijdens hartaanvallen. "Deze methylatie markers stellen ons in staat om de dynamiek van menselijke immuun cellen te volgen en belangrijke informatie te verstrekken die niet toegankelijk is in standaardbloedceltellingen", legt Dor uit. "Dit nieuwe hulpmiddel kan gezonde en pathologische immuunprocessen verlichten die diep in weefsels plaatsvinden, die momenteel niet toegankelijk zijn", voegde hij eraan toe.
Illustratie via Hebreeuwse Universiteit.
Als onderdeel van hun werk identificeerden de onderzoekers de specifieke DNA-methylatie patronen bij immuun- en ontstekingscellen. Dit hielp hen DNA-fragmenten te detecteren die in de bloedbaan werden afgezet toen die immuun cellen stierven. "Een belangrijke bevinding is dat van het immuunsysteem afgeleide DNA-fragmenten geen eenvoudige weerspiegeling zijn van circulerende bloedcellen, maar eerder een nauwkeurig verslag van immuunprocessen die in het lichaam plaatsvinden", legt Fox-Fisher uit.
"Ons onderzoek suggereert dat artsen in principe afgelegen maar kritieke immuunprocessen kunnen volgen door de slachtoffers van de immuun strijd te meten, dat wil zeggen van immuun afgeleide DNA-fragmenten die in het bloed van patiënten circuleren."
De onderzoekers testten hun theorie en vonden proof-of-concept door verschillende medische aandoeningen te testen waarbij het immuunsysteem is geactiveerd, maar het standaard aantal bloedcellen is normaal. De eerste was met eosinofiele oesofagitis (EoE), een chronische allergische ziekte die kinderen en volwassenen treft en vaak moeilijk te diagnosticeren is. Tot op heden vereisen EoE-diagnoses invasieve endoscopische biopsieën omdat het bloedbeeld van de meeste patiënten weer normaal wordt. Na verder onderzoek ontdekte het team van Dor dat het bloed van EoE patiënten abnormaal hoge niveaus van DNA-fragmenten van eosinofiele bevat (zoals geïdentificeerd door hun unieke DNA-methylatie patroon). "Onze nieuwe niet-invasieve bloedtest kan een grote bijdrage leveren aan de diagnose en monitoring van deze ziekte", voegde Fox-Fisher eraan toe.
Het team vond vergelijkbaar succes met lymfoom, een vorm van kanker die meestal niet wordt weergegeven in bloedonderzoeken. De nieuwe bloedtest pikt echter wel DNA-fragmenten op die zijn achtergelaten door de strijd van het immuunsysteem met lymfoom, zonder dat beenmergaspiratie en verdere beeldvorming nodig zijn. Momenteel voert Fox-Fisher een onderzoek uit onder mensen die zijn gevaccineerd tegen COVID-19 om te zien of de niveaus van DNA die vrijkomen uit antilichaam producerende B-cellen zijn toegenomen nadat ze het vaccin hebben gekregen.
"We hebben goede hoop dat deze nieuwe bloedtest clinici een nauwkeuriger beeld zal geven van de gezondheidstoestand van hun patiënt, naast de standaardbloedtellingen die vaak niet het hele verhaal vertellen en vaak invasieve vervolgtesten en biopsieën nodig maken," concludeerde Vossenvisser.
