Nature Materials：钟喆等人开发基于水凝胶的人类淋巴类器官，解码B细胞反应

佐治亚理工学院 Ankur Singh 团队（钟喆为第一作者）在 Nature 子刊 Nature Materials 上发表了题为：Human immune organoids to decode B cell response in healthy donors and patients with lymphoma 的研究论文。

该研究开发了基于合成水凝胶的人类淋巴类器官，其成功复制了淋巴微环境，具有持久的B细胞反应，帮助解码健康供体与淋巴瘤患者的B细胞反应。这一创新的人类淋巴类器官模型，不仅能够用于疫苗开发，还可帮助探索淋巴瘤等免疫相关疾病中的B细胞调节机制，为个性化免疫疗法的设计提供支持。

淋巴组织中的B细胞激活区是一个特殊的微环境（niche），在这里，B细胞遇到抗原并通过滤泡外反应或生发中心（GC）反应分化为抗体分泌细胞（ASC）。

在体细胞超突变（SHM）和抗体亲和成熟后，生发中心（GC）反应建立了持久免疫力，将初始B细胞分化为浆细胞。严格调控的生发中心反应需要在CXCL12等趋化因子的作用下，B细胞在滤泡内进行受控移动。

然而，由于初始生发中心B细胞的快速丢失以及需要复杂的转录和表观遗传变化，在体外复制生发中心具有挑战性。基于Matrigel基质胶的扁桃体类器官主要关注上皮感染，基于Transwell的扁桃体细胞聚集物已证明对疫苗产生应答后会形成生发中心。然而，扁桃体不容易获取，并且暴露于口腔微生物，而且现有模型需要特异性T细胞。

目前的扁桃体模型没有捕捉到淋巴组织微环境（包括细胞外基质和组织硬度）对生发中心B细胞反应的影响，也没有捕捉到趋化因子梯度对B细胞极化和成熟的影响。此外，目前的系统无法在接受CD20抗体治疗的淋巴瘤幸存者的B细胞中促进生发中心反应。而从这些患者中采集扁桃体、淋巴结或脾脏样本并不现实，尤其是在需要长期跟踪同一供体的缺陷恢复情况时较为困难。因此有必要从外周血单个核细胞（PBMC）这些更易获取的来源构建淋巴类器官。

在这项研究中，研究团队使用PEG-4MAL水凝胶来模拟淋巴组织的微环境，构建了基于合成水凝胶的淋巴类器官，水凝胶包含特定源自细胞外基质（Extracellular Matrix，ECM）蛋白质的小分子肽片段（例如GFO和RGD肽），以促进B细胞的生存和增殖。在水凝胶类器官中加入抗原（例如H1N1病毒）和细胞因子（如IL-4和BAFF），以模拟免疫应答。通过CD40L-T细胞模拟物激活B细胞，研究细胞因子对B细胞活力和分化的影响。

研究团队还通过调整水凝胶的力学性质，使其接近天然淋巴组织的硬度。将来自扁桃体的免疫细胞和外周血单个核细胞（PBMC）加入水凝胶中培养，观察其在不同条件下的生发中心反应。结果显示，PBMC来源的类器官能更长时间维持生发中心B细胞（GC B cell）和浆细胞（Plasma cell）的活性。

研究通过趋化因子梯度和细胞因子来引导细胞分化与迁移，从而重现淋巴组织中的生发中心结构。研究团队还评估了类器官模型内生发中心（GC）结构的形成和特性，展示了存在的细胞类型，包括生发中心B细胞和滤泡辅助性T细胞（Tfh），并考察了这些细胞在类器官中的空间组织（生发中心明区和暗区）。功能性标志物的分布也得到了展示，强调了该模型在模拟真实淋巴结构方面的能力。通过对EZH2和BCL6的双重抑制，该研究进一步展示了这些调控因子对浆细胞生成和生发中心维持的关键作用。

此外，研究团队还评估了抗原特异性B细胞在流感抗原刺激下的分化和反应，展示了该模型在支持抗体产生方面的潜力。研究团队进一步将从健康供体和淋巴瘤患者中获取的PBMC在水凝胶中培养， 结果表明，健康供体的B细胞在抗原刺激下表现出强烈的生发中心反应、浆细胞分化和抗体生成，而弥漫性大B细胞淋巴瘤（DLBCL）患者的B细胞则反应较弱，这表明疾病状态可能对B细胞的活性有抑制作用。

在体内，基质细胞通过分泌CXCL12等趋化因子来促进生发中心中明区和暗区的空间组织。研究团队通过在微流体芯片上建立CXCL12梯度，展示了趋化因子梯度如何影响免疫细胞的空间分布和细胞因子分泌。在没有CXCL12的情况下，扁桃体/PBMC类器官中的暗区和明区生发中心B细胞呈随机分布。当CXCL12在X方向上时，CXCR4⁺ B细胞向其方向迁移，而在Z方向上极化的CXCL12则吸引它们向上移动。健康供体的B细胞在CXCL12蛋白吸引下表现出明显的生发中心分区（暗区明区）结构，而淋巴瘤患者的B细胞没有显著分区。

这一系列实验验证了该研究开发的基于合成水凝胶的淋巴类器官系统的有效性，为深入研究B细胞在不同免疫环境下的行为和反应提供了新工具。

这种创新的人类淋巴类器官模型，为研究B细胞如何在疾病和疗法下响应提供了重要工具。这不仅可以应用于疫苗开发，还可用于探索淋巴瘤等免疫相关疾病中的B细胞调节机制，为个性化免疫疗法的设计提供支持。