芝加哥大学化学系和普利兹克分子工程学院的研究人员设计出了能与免疫细胞结合以探测其功能的微型旋转机器人。这个机器人，或称“hexapod（六足机器人）”，为科学家们提供了一种全新的、适应性极强的方法来研究免疫细胞，有助于设计针对癌症、感染或自身免疫性疾病的免疫疗法。

每个hexapod都有六只手臂，手臂上装有可能被免疫系统识别为外来物的分子，如肿瘤、病毒或细菌的蛋白质片段。研究人员可以利用六足机器人扫描大量的免疫细胞，发现哪些免疫细胞会与感兴趣的外来分子结合，以及六足机器人的运动会对这种结合产生怎样的影响。

“免疫细胞和免疫分子如何感知病原体的许多方面仍然是未知的领域，现在我们有了这个新工具来帮助我们理解分子相互作用，”普利兹克分子工程学院分子工程副教授、发表在《自然方法》上的这篇新论文的共同资深作者黄俊（Jun Huang）说。

“科学家们经常使用生物材料来研究和操纵免疫系统，但我们已经开发出一种使用无机材料的方法，这是一个令人难以置信的未开发领域，这些材料的好处是，我们可以通过更多的方式改变它们的性质。”化学教授、另一位资深作者Bozhi Tian说。

草堆中的“T 细胞”

T细胞是一种白细胞，负责识别被树突状细胞处理过的外来病原体。树突状细胞是一种具有长分支臂的免疫细胞，能够捕获病原体并在其表面显示病原体分子的碎片。人体内有数万亿个不同的T细胞，每个T细胞都有不同的T细胞受体，这些受体可以很好地识别树突状细胞上的致病分子(抗原)。

想要增强免疫系统对抗特定抗原的能力的研究人员通常想知道是什么T细胞识别了这种病原体。但是在数万亿的T细胞中找到精确的匹配就像大海捞针一样。

该论文的第一作者之一Xiaodan Huang说:“人们已经开发出了一些方法，但它们大多依赖于T细胞受体是否与抗原结合。由于有些T细胞受体可以与抗原结合，但不会在细胞中引发强烈的免疫反应，因此我们知道这不是一个完美的替代品。”

以前研究T细胞的平台也不能模拟物理力在树突状细胞和T细胞受体之间相互作用中的作用;它们通常依赖于分离的抗原，这些抗原的行为不像活的树突细胞。

机器人树突状细胞

为了克服这些挑战，研究人员设计了一个微型的树突细胞机器人模拟器。机器人有一个旋转的中心磁芯和六只由二氧化硅(大多数沙子的组成成分)制成的手臂，抗原可以附着在二氧化硅上。

Tian和Huang的实验室小组使用已知的抗原-T细胞受体对来测试六足机器人的有效性。他们将抗原的副本放在所有六个臂上，然后将六足机器人浸入T细胞混合物中。即使匹配的T细胞少量存在于许多其他T细胞中，六足机器人也只结合正确的细胞。

该论文的第一作者之一Lingyuan Meng说:“我们对这个系统的良好运行感到非常高兴。它能够以如此高的准确度挑选出正确的T细胞，这超出了我们的预期。”

此外，研究小组还表明，他们可以分析与六足机器人结合的T细胞的免疫反应。例如，当两种不同的T细胞与六足机器人结合时，它们可以确定哪一种导致更强的免疫活性。研究小组还发现，旋转六足机器人施加的力比相同的T细胞与静态抗原结合时产生更强的免疫反应。

Huang说:“我们现在想开始将这种方法应用于其他抗原，包括来自人类癌症和病原体的抗原。有很多问题，包括基础科学问题和临床相关问题，都可以用这些六足机器人来探索。”

例如，六足机器人可以用来识别对某些抗原反应最强烈的T细胞。