用高通量贝塞尔单物镜光片显微镜实现3D活体成像和CAR-T细胞杀伤行为的表型分析

　　

       

图 高通量贝塞尔斜平面光片显微成像和分析（HBOPM）技术

　　在国家自然科学基金项目（批准号：T2225014）等资助下，华中科技大学光学与电子信息学院费鹏教授课题组与华中科技大学同济医学院附属同济医院血液内科开展跨学科合作，发展新型单物镜光片显微成像技术，并利用该技术开展CAR-T细胞杀伤肿瘤细胞的功能评估研究。研究成果以“用高通量贝塞尔单物镜光片显微镜实现3D活体成像和CAR-T细胞杀伤行为的表型分析（3D live imaging and phenotyping of CAR-T cell mediated-cytotoxicity using high-throughput Bessel oblique plane microscopy）”为题，于2024年8月6日在《自然?通讯》（Nature Communications）杂志上发表。论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-51039-9。

　　嵌合抗原受体T细胞免疫疗法（CAR-T）开创了血液系统恶性肿瘤治疗的新时代，但目前临床免疫治疗的总体反应率较低，只有少数患者在CAR-T治疗后实现了长期有效作用。精准观测和评估T细胞杀伤肿瘤细胞的行为和功能是提高CAR-T治疗疗效的重要环节。受限于时空分辨率的不足和过高的光侵入性，现有的光学显微镜难以在亚细胞水平对CAR-T细胞杀伤肿瘤细胞的过程进行长时程、高通量、动态的成像分析。研究团队利用多级衍射光场调控，生成超薄激光光片，突破目前落射照明成像光毒性高、对比度低的问题，研发出兼顾高空间分辨率和高通量分析的贝塞尔单物镜光片显微成像分析平台（HBOPM），实现了对CAR-T细胞杀伤肿瘤细胞行为的智能3D实时成像和评估。该平台可以以各向同性的亚细胞分辨率，对芯片上数百对相互作用的T细胞/肿瘤细胞进行数小时的长时程动态监测，从而捕获CAR-T细胞在杀伤肿瘤靶细胞过程中的多个关键亚细胞事件，如免疫突触的瞬时形成、回流和微管形态的持续变化等；同时，该平台可对获取的TB级多通道、3D动态图像数据集进行定量分析，将免疫细胞的形态特征量化为KB大小的数据报表，从多维度剖析CAR-T细胞杀伤肿瘤靶细胞的过程。HBOPM对T细胞/肿瘤细胞的多维度、长时程、可视化监测和分析可以综合评估CAR-T细胞疗法的功能，有助于建立量化T细胞功能的标准，为以T细胞为基础的免疫治疗提供疗效评估新方法。