El sistema inmunitario es complejo y diverso, lo que dificulta el estudio exhaustivo y completo de todas sus componentes. Para responder a preguntas cada vez más complejas, los inmunólogos siguen buscando nuevas tecnologías que integren datos multiomicos de una célula única. Es decir, la posibilidad de obtener diferentes tipos de lecturas de una célula única permitirá trabajar con información más completa, lo que contribuirá a un desarrollo enorme en el conocimiento general sobre inmunología.

Imagina como seria obtener la expresión génica, detectar centenas de proteínas de superficie, obtener la especificidad de antígeno además de estudiar los perfiles V(D)J emparejados en una misma célula (Fig 1). Esto es posible porque la citometría multiomica se basa en oligos específicos desarrollados por 10X Genomics que pueden identificar y cuantificar los específicos analitos biomoleculares al nivel de célula única. La tecnología de 10X Genomics que permite alcanzar estos resultados es la solución Single Cell Immune Profiling v2 con aproximación de Feature Barcode.

Fig 1. Dibujo de la citometría multiomica para inmunología de 10X Genomics

Partiendo de una suspensión celular que se puede enriquecer para obtener las células de interes, se utiliza la tecnología de 10X Genomics para identificar y etiquetar cada célula con oligos específicos que van a detectar diferentes analitos biomoleculares en cada célula. Se van a generar diferentes librerías (expresión génica, V(D)J emparejados, especificidad de antígeno y proteínas de superficie) para secuenciar y, tras un análisis de los datos obtenidos, se va a obtener una proyección de todos los datos al nivel de célula única.

Citometría Multiomica al nivel de célula única (Fig 2):

Fig 2. Posibles análisis de citometría multiomica para una célula T

  1. Secuenciación de ARN – La tecnología transcriptómica permite secuenciar miles de genes a través de la adición de un barcode a la extremidad 5 prima de los ARN mensajeros. Posibilita la medición directa de la expresión génica al nivel de una sola célula para cuantificar la heterogeneidad de la población intercelular y caracterizar los tipos de células, los estados y las transiciones celulares dinámicas célula a célula. Además de identificar potencialmente nuevos subtipos de células y poblaciones de células raras, las tecnologías unicelulares permiten una mejor comprensión de la dinámica de la transcripción y las relaciones reguladoras de genes.
  2. Perfiles del repertorio inmunológico – La especificidad de la inmunidad adaptativa se basa en la amplia gama de receptores de linfocitos únicos generados a través de la recombinación de segmentos de genes Variables (V), Diversidad (D) y Unión (J). El perfil inmunológico de células individuales captura secuencias V (D) J de longitud completa emparejadas para genes de inmunoglobulina de células B y receptores de células T para cientos o decenas de miles de células individuales.
  3. Especificidad de antígeno – La secuenciación al nivel de célula única puede incluir paneles de multímeros de péptido-MHC marcados con códigos de barras de ADN para perfilar la especificidad antigénica de cientos a decenas de miles de linfocitos T en un solo experimento. De manera similar, los antígenos marcados con códigos de barras de ADN se pueden usar para confirmar la especificidad antigénica de las BCR.
  4. Proteínas de superficie celular – La secuenciación al nivel de célula única aprovecha los anticuerpos conjugados con oligos de ADN (barcodes), como una alternativa a las etiquetas fluorescentes utilizadas en la citometría de flujo. La diversidad de los barcodes amplía enormemente la cantidad de marcadores de superficie celular que se pueden analizar y ofrece información altamente multiplexada para cientos o decenas de miles de células.

¿Como se compara con los métodos tradicionales?

La inmunología multiomica que es posible hacer gracias a la tecnología de 10X Genomics significa que se puede obtener más información de una sola muestra sin necesidad de tener que dividirla. Además, permite obtener una mejora de la reproducibilidad al estudiar miles de células (entre 500 células como mínimo hasta 320 mil células utilizando la nueva opción de high-throughput) en un solo experimento con la capacidad de agregar o comparar diferentes muestras. Es sin duda una tecnología completa que ofrece ventajas cuando comparada con las otras metodologías.

La diferencia entre los métodos tradicionales y la solución de 10X Genomics es evidente (Fig 3). A diferencia de las tecnologías tradicionales (citometría de flujo y citometría de masas), la nueva tecnología Citometría Multiomica permite: 1) medir la expresión de genes y proteínas, así como las secuencias de receptores de antígenos emparejados de longitud completa y la especificidad de los antígenos, 2) es un método robusto para el fenotipado celular completo, 3) aprovecha el poder de la secuenciación de próxima generación y 4) tiene un rendimiento comparable al de la citometría de flujo, pero para cientos de marcadores celulares.

Fig 3. Dibujo con la resolución comparativa entre diferentes métodos para estudiar el sistema inmunitario.

¿Dónde se puede aplicar?

La solución Citometría Multiomica se puede aplicar a diferentes áreas de investigación inmunológica:

  • Enfermedades infecciosas – descubra cómo los patógenos infectan las células huéspedes y provocan respuestas inmunes. Vincular la respuesta inmunitaria del huésped a la recuperación o la gravedad de la infección.
  • Autoinmunidad – descifre los mecanismos subyacentes de las respuestas inmunes mal dirigidas. Explore la fisiopatología de la enfermedad en células individuales y sistemas de órganos.
  • Trasplantación – manejo clínico avanzado de trasplantes de órganos sólidos y células madre hematológicas. Comprender la base inmunológica de las enfermedades de los trasplantes.
  • Inmunoterapias – definir el repertorio de receptores y la especificidad antigénica de las células inmunitarias adaptativas. Avanzar en el desarrollo de vacunas, identificar anticuerpos profilácticos y generar inmunoterapias dirigidas.
  • Inmunología celular y molecular – explore la biología fundamental del sistema inmunológico en la salud y la enfermedad. Caracterizar la identidad, función y organización de las células inmunitarias en el cuerpo.
  • Alergias e inflamación – investigar la biología de la activación inmune innata y adaptativa. Decodificar los mecanismos de hiperactivación inmunitaria en respuesta a agresiones o lesiones corporales.
  • Inmuno-oncología – identificar las células inmunes infiltrantes dentro del microambiente tumoral. Caracterizar las funciones de las células inmunes y el repertorio de receptores.

Un ejemplo de datos obtenidos con Citometría Multiomica

Los datos multiómicos proporcionan información complementaria sobre diversas poblaciones de células inmunitarias en una muestra compleja de cáncer (Fig 4).

Fig 4. Proyecciones t-SNE de la expresión génica (A) y la expresión proteica (B).

Panel A – Parcela t-SNE de 7.859 células de una muestra de melanoma humano disociado. Cada célula está representada por un solo punto. Se identificaron amplias categorías de poblaciones de células inmunitarias mediante signaturas de perfil de expresión génica, incluidas las poblaciones de células que no fueron identificadas por marcadores de proteínas como los macrófagos (naranja) y una pequeña población de células tumorales (marrón).

Panel B – Proyección de t-SNE de la misma muestra agrupada según la expresión de proteínas de la superficie celular utilizando un panel de 16 marcadores. El análisis de la expresión de la proteína de superficie celular permitió una clasificación adicional de las células T en subpoblaciones ingenuas, de memoria y agotadas.

Si desea obtener más información sobre la Citometría Multiomica para la inmunología, contáctenos o visite: https://www.10xgenomics.com/s/immunology-gateway/
https://pages.10xgenomics.com/3p-immunology-getting-started-guide.html