Immunologie

Immunologie of immuniteitsleer is de wetenschap die zich bezighoudt met het immuunsysteem. De immunologie bestudeert de mechanismen die levende wezens, zoals mensen en dieren, gebruiken om zich te verweren tegen lichaamsvreemde ziekteverwekkers, zoals bacteriën, parasieten of virussen. Immunologie vormt een onderdeel van de biomedische wetenschappen.

Elektronenmicroscopische opname van streptokokken (rood) die door een immuuncel (geel) worden gefagocyteerd

Het immuunsysteem maakt voor zijn verschillende taken gebruik van veel verschillende cellen, eiwitten en signaalmoleculen. Een belangrijk deel van de immunologie is gericht op het begrijpen van de moleculaire processen en cellulaire interacties die nodig zijn om ziekteverwekkers te herkennen, uit te schakelen en op te ruimen. Modern immunologisch onderzoek vindt plaats aan de hand van technieken als celculturen, immunoassays, microscopie en flowcytometrie.

Er zijn diverse deelgebieden in de immunologie. De cellulaire en humorale immunologie richten zich respectievelijk op de rol van immuuncellen en antistoffen in afweerreacties. Tumorimmunologie en vaccinologie passen immunologische principes toe op kankerbestrijding en de ontwikkeling van vaccins. De klinische immunologie bestudeert aandoeningen of stoornissen van het menselijke immuunsysteem. Deze treden bijvoorbeeld op in het geval van allergieën, immuundeficiënties, bij auto-immuunziekten en bij afstoting van een getransplanteerd orgaan.

Geschiedenis

De immunologie ontstond in de late 18e eeuw, toen duidelijk werd dat het lichaam beschikt over actieve verdedigingsmechanismen tegen ziekteverwekkers. Edward Jenner toonde in 1796 met zijn pokkenvaccinatie aan dat blootstelling aan een verzwakte ziekteverwekker bescherming (immuniteit) kan opwekken. In de 19e eeuw werden steeds meer ziekteverwekkers geïdentificeerd dankzij Louis Pasteur en Robert Koch, wat leidde tot de ontwikkeling van nieuwe vaccins. Eli Metchnikoff en Paul Ehrlich worden beschouwd als de grondleggers van de moderne immunologie. Metchnikoff legde de basis voor het begrip van fagocytose en de cellulaire afweer, en Ehrlich boekte grote vooruitgang in het onderzoek naar antistoffen en de humorale afweer. Voor hun ontdekkingen ontvingen ze in 1908 gezamenlijk de Nobelprijs.

De moderne immunologie als wetenschapsdiscipline is voornamelijk gericht op het immuunsysteem van de mens. Hoewel ook ongewervelde dieren, planten en andere levensvormen complexe afweersystemen bezitten, is de kennis hierover relatief beperkt.^[1][2] Historisch gezien kent de immunologische wetenschap een belangrijke overlap met geneeskunde: veel aandacht gaat uit naar het verklaren van stoornissen van de afweer, hoe deze werken en te behandelen zijn.^[3][4]

Basisprincipes

Meer informatie: Immuunsysteem

Fagocytose, het opnemen van een bacterie of ander (lichaamsvreemd) deeltje door een witte bloedcel, is een basaal mechanisme van de aangeboren afweer

Het lichaam van dieren wordt in de eerste plaats beschermd tegen infectie door fysieke barrières, zoals epitheelweefsels en slijmvliezen. Een ziekteverwekker die deze barrières toch doorbreekt, komt in aanraking met het aangeboren immuunsysteem, dat een onmiddellijke, maar aspecifieke respons in gang zet.^[5] De ziekteverwekker wordt bijvoorbeeld door witte bloedcellen opgenomen en verteerd of middels een ontstekingsreactie in zijn groei geremd. Aangeboren immuuncellen komen snel in actie, maar de respons is vaak kortdurend. Terwijl het aangeboren immuunsysteem de infectie onder controle probeert de houden, brengt deze (bij gewervelden) een tweede lijn van afweer op gang: het verworven immuunsysteem.^[6]

Het verworven immuunsysteem bestaat uit speciale witte bloedcellen die men T- en B-lymfocyten noemt. Deze cellen bezitten speciale receptoren op hun membraan, waarmee zij op een uiterst specifieke manier ziekteverwekkers herkennen en daarop reageren. Na herkenning beginnen de cellen zich in hoog tempo te delen en te differentiëren, zodat de ziekteverwekker overal in het lichaam doeltreffend wordt bestreden, bijvoorbeeld via antilichamen of cytotoxische mechanismen.^[6] Sommige cellen blijven na afloop nog lange tijd aanwezig in het bloed, teneinde herhaling van dezelfde infectie te voorkomen – een immunologisch geheugen.

Het verworven immuunsysteem herkent specifieke structurele details van micro-organismen, zogenaamde antigenen. Antigenen zijn vaak specifiek voor een bepaald micro-organisme. Meestal komen ze voor op het oppervlak van de ziekteverwekker (zoals de capside-eiwitten van een virus). Hoewel het immuunsysteem primair gericht is op de bestrijding van ziekteverwekkers, speelt het ook een grote rol bij de afweer tegen kankercellen.^[7] Een tak van de immunologie, tumorimmunologie, houdt zich bezig met de wisselwerking van het immuunsysteem met kankercellen.

Regulatie en tolerantie

Zie Tolerantie (immunologie) voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Een kernprincipe van de immunologie is dat het afweersysteem zichzelf voortdurend in balans moet houden. Het lichaam beschikt over vele mechanismen die de intensiteit en duur van een afweerreactie sturen, zodat deze effectief is tegen de ziekteverwekker maar niet schadelijk voor het eigen lichaam. Men spreekt in dit verband ook wel van immuunregulatie.

Opname van twee regulatoire T-cellen (rood) die gebonden zijn aan een dendritische cel (blauw)

Het vermogen van het immuunsysteem om niet te reageren op lichaamseigen bestanddelen of onschuldige prikkels, wordt tolerantie genoemd. Immunologische tolerantie komt tot stand in de primaire lymfoïde organen, waar lymfocyten die sterk reageren op eigen antigenen worden verwijderd. De enkele cellen die aan dit selectieproces ontsnappen, worden vaak elders in het lichaam nog onderdrukt door perifere mechanismen, zoals regulatoire T-cellen.^[8] Wanneer de tolerantie faalt, kan het immuunsysteem de lichaamseigen weefsels aanvallen. Auto-immuunziekten zoals SLE, multiple sclerose of diabetes type 1 kunnen hiervan het gevolg zijn.

Kankercellen maken gebruik van de natuurlijke tolerantiemechanismen om aan het immuunsysteem te ontsnappen. Ze doen dit bijvoorbeeld door de expressie van zogenaamde checkpointmoleculen (zoals PD-L1) te verhogen. Hierdoor raken T-cellen die de kankercel zou moeten bestrijden, afgeremd. Op deze manier blijft de antitumorrespons zwak, en kan de tumor doorgroeien. Door deze tolerantie te doorbreken – bijvoorbeeld met checkpointremmers – kan het immuunsysteem weer actief worden tegen de tumor.^[9][10]

In 2025 werd de Nobelprijs voor Fysiologie of Geneeskunde toegekend voor ontdekkingen op het gebied van perifere tolerantie. De prijs ging naar Mary E. Brunkow, Fred Ramsdell en Shimon Sakaguchi. Eerdere Nobelprijzen onderstrepen het belang van immunologie binnen de natuurwetenschappen. Peter Doherty en Rolf Zinkernagel ontvingen in 1996 de Nobelprijs voor hun ontdekking van MHC-eiwitten op T-cellen, een basisprincipe voor herkenning van lichaamseigen en lichaamsvreemd.

Onderzoek en technieken

Bloedtesten vormen een belangrijk onderdeel van de klinische immunologie

Het immuunsysteem wordt experimenteel onderzocht in universitaire laboratoria, ziekenhuizen en klinische onderzoekscentra. Immunologen maken voor hun onderzoek gebruik van verschillende moleculair-biologische technieken. Celkweekmodellen worden vaak gebruikt om te testen hoe immuuncellen reageren op stimuli, infecties of geneesmiddelen. Met immunoassays zoals de ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay) kunnen onderzoekers de hoeveelheid antilichamen, cytokinen of andere eiwitten meten in een monstermateriaal.

Flowcytometrie is een andere zeer belangrijke techniek in de immunologie. Deze techniek maakt het mogelijk maakt om duizenden individuele cellen te analyseren op basis van welke eiwitten zij tot expressie brengen.^[11] Via flowcytometrie kunnen onderzoekers onder meer immuuncelpopulaties onderscheiden, hun activatie- of differentiatiestatus bepalen en celprocessen zoals proliferatie kwantificeren.

Naast deze klassieke methoden maken moderne immunologische laboratoria steeds vaker gebruik van high-throughput-methoden zoals single-cell RNA-sequencing en multi-omics-benaderingen. Deze analysetechnieken bieden een gedetailleerd beeld van immuuncellen en hun biologie (eiwitten, metabole netwerken, signaalroutes).^[12] Met omics-technieken kan men bijvoorbeeld zeer zeldzame subpopulaties van T-cellen identificeren die een belangrijke rol spelen in het ziekteproces.

Zie ook

• Medische microbiologie
• Hematologie

Bronnen

1. (en) Loker ES, Adema C, Zhang S, Kepler TB (2004). Invertebrate immune systems – not homogeneous, not simple, not well understood. Immunological Reviews 198 (1): 10–24. DOI: 10.1111/j.0105-2896.2004.0117.x.
2. (en) Verhage A, van Wees SC, Pieterse CMJ. (2010). Plant Immunity: It’s the Hormones Talking, But What Do They Say?. Plant Physiology 154 (2): 536–540. DOI: 10.1104/pp.110.161570.
3. (en) Kaufmann SHE. (2019). Immunology's Coming of Age. Frontiers in Immunology 10. DOI: 10.3389/fimmu.2019.00684. Gearchiveerd op 6 juni 2023.
4. (en) Varadé J, Magadán S, González-Fernández A. (2021). Human immunology and immunotherapy: main achievements and challenges. Cellular & Molecular Immunology 18: 805–828. DOI: 10.1038/s41423-020-00530-6.
5. (nl) Rijkers et al, pp. 3–12.
6. (en) Iwasaki A, Medzhitov R. (2015). Control of adaptive immunity by the innate immune system. Nature Immunology 16: 343–353. DOI: 10.1038/ni.3123.
7. (en) Corthay, A. (2014). Does the immune system naturally protect against cancer?. Frontiers in Immunology 5: 197. DOI: 10.3389/fimmu.2014.00197. Gearchiveerd op 6 juni 2023.
8. (en) Alberts et al, pp. 1370–1371.
9. (en) Alberts et al, pp. 1210–1211.
10. Li B, Chan H, Chen P. (2019). Immune Checkpoint Inhibitors: Basics and Challenges. Current Medicinal Chemistry 26 (17): 3009–3025. DOI: 10.2174/0929867324666170804143706.
11. (en) Givan, A. (2011). Flow Cytometry Protocols. Humana Press, "Flow Cytometry: An Introduction", 1–29. ISBN 978-1-61737-949-9.
12. (en) Ginhoux F, Yalin A, Dutertre C, Amit I. (2022). Single-cell immunology: Past, present, and future. Immunity 55 (3): 393–404. DOI: 10.1016/j.immuni.2022.02.006.