可观察免疫细胞相互作用的新装置

最近，美国麻省理工学院（MIT）的工程师们开发了一种新装置，可为免疫细胞间通讯提供更为详细的信息。这种装置可捕捉成对细胞，并在它们彼此相互作用时收集每个细胞的数据。相关研究结果发表在最近的《Nature Communications》杂志。

　　

生物通报道：免疫系统是多种不同细胞共同抵御入侵者的一个复杂网络。能否成功地击退感染，取决于这些细胞之间的相互作用。

最近，美国麻省理工学院（MIT）的工程师们开发了一种新装置，可为这种细胞间通讯提供更为详细的信息。这种装置可捕捉成对细胞，并在它们彼此相互作用时收集每个细胞的数据，利用这一装置，研究人员已经了解了关于“T细胞——免疫反应的主要参与者——在感染期间是如何被激活的？”的更多信息。相关研究结果发表在最近的《Nature Communications》杂志。

该装置基于MIT电气工程和计算机科学教授Joel Voldman在2009年所开发的微流控技术。他的研究小组使用这个较早版本，使成人细胞与胚胎干细胞结合在一起，从而让研究人员能够观察到发生这些杂交细胞中的遗传重编程。

在那项研究之后，本文资深作者、免疫学家Voldman想知道，该装置是否可以用来研究免疫细胞。Voldman说：“免疫系统中发生的很多事情是，细胞通过彼此接触与其他细胞进行交流。”

Voldman与本文第一作者Burak Dura及一名研究生，花了几年的时间重新构建了该装置，使其能够用于免疫细胞——比2009年所分析的细胞小。麻省理工学院生物学教授Hidde Ploegh也是本文的一名资深作者。

可控的接触
直到现在，测量两种细胞之间相互作用最常用的方法是，将细胞混合在一个试管中并观察它们。然而，这种方法的作用有限，因为不能保证每个细胞只与另外一个细胞相互作用。Voldman说：“那么，不可控性就使我们很难解释所得到的结果。”

与此相反，Voldman的装置可允许完全控制细胞配对。该装置由一块具有细胞诱捕杯的芯片组成，这些杯子可被策略性地安排来捕获和配对细胞。首先，A型细胞朝一个方向流经芯片，并被捕获在单细胞陷阱中。然后，液体流被逆转，从而把A细胞引入位于单细胞陷阱对面的更大陷阱。当每一个A细胞进入一个大陷阱中时，B细胞就流入，每一个B细胞将一个A细胞加入到大陷阱中。

该技术可让研究人员随时间推移跟随数百个细胞对，并监测每个细胞内发生了什么，这在之前是不可能的。它也可以让研究人员精确地控制细胞相互作用的时间。

Dura说：“我们知道接触的确切时间，只要它们进入诱捕杯，我们就可以使它们进行接触，以让它们进入杯子。这不仅使我们能够测量单细胞参数，也能让我们测量两个细胞在一起的时间，并将这些反应彼此之间关联起来。”

在新版本的装置中，研究人员增加了高分辨率成像，可让他们看到细胞的钙水平何时波动，以及它们何时打开一种称为磷酸化的蛋白信号。

乔治亚理工学院化学和生物分子工程学教授Hang Lu没有参与这项研究，他指出：“这是进行这些实验的一种非常优雅的方式。它很好控制，你知道到底去哪里寻找细胞，从而能有效并高通量地使它们成像。”

启动免疫应答
在《Nature Communications》发表的这篇论文中，Dura与怀特海研究所前博士后Stephanie Dougan合作，研究T细胞和B细胞之间的相互作用，这是启动免疫反应的关键。当B细胞遇到病毒或细菌时，它们会吸收它们，并在它们细胞表面显示出病毒或细菌蛋白片段（称为抗原）。当这些B细胞遇到具有受体（可识别抗原）的T细胞时，T细胞就被激活，从而诱发它们释放细胞因子——控制免疫反应的炎性化学物质，或者找到并破坏受感染的细胞。

虽然这项研究中的所有T细胞都具有相同的T细胞受体，但是MIT研究小组发现，在遇到表面携带相同抗原的B细胞之后，它们并不是以相同的方式响应。

通过利用钙成像技术来测量T细胞活化，研究人员发现，初始激活水平取决于存在的抗原有多少。在高水平上，大多数细胞以相同的方式做出响应。然而，在较低的抗原水平上，T细胞的反应差别很大。这些差异也与T细胞因子产生的差异有关。

在未来的研究中，研究人员希望进一步探讨，T细胞如何经历决定它们最终命运的决策过程。他们还计划研究其他类型的相互作用，例如，称为自然杀伤细胞的免疫细胞如何识别并摧毁癌细胞。

（生物通：王英）

延伸阅读：PNAS：长期分析大量单细胞的新装置

生物通推荐原文：
Burak Dura, Stephanie K. Dougan, Marta Barisa, Melanie M. Hoehl, Catherine T. Lo, Hidde L. Ploegh, Joel Voldman. Profiling lymphocyte interactions at the single-cell level by microfluidic cell pairing. Nature Communications. 13 Jan 2015 doi: 10.1038/ncomms6940 Terms.