細胞也會聊天？通過學習細胞語言來攻擊疾病

來自專欄博科園

突破性實驗室晶元技術揭示了人類細胞是如何溝通的，可能導致癌症和自身免疫紊亂的新療法。該技術由澳大利亞-瑞士研究小組開發，為研究人員提供了前所未有的深入研究個體細胞的行為方式——科學家發現的東西遠比之前想像的複雜得多。來自RMIT大學、Ecole polytechnique federale de Lausanne (EPFL)和路德維希癌症研究所(Ludwig Institute for Cancer Research in Lausanne)的研究人員聯手建立了一個微型生物感測器，讓科學家能夠分離出單個細胞，實時分析它們，觀察它們複雜的信號行為，而不會干擾它們的環境。

一個單一的淋巴瘤細胞被隔離在新生物感測器上(放大2700倍)。圖片：EPFL

博科園-科學科普：RMIT的微諾研究中心主任阿南·米切爾教授說，單細胞分析對開發新的疾病治療有很大的希望，但是缺乏有效的分析技術阻礙了該領域的研究。米切爾說：我們非常了解細胞群如何與疾病作鬥爭，或如何應對感染，但我們仍有很多東西需要了解單個細胞。最近的研究表明，可以使用同一類型的兩個細胞，給予它們相同的治療，但它們的反應會非常不同。我們對潛在機制的了解不夠，無法理解為什麼會發生這種情況，也沒有合適的技術來幫助科學家解決這個問題。解決方案是一個完整的包裝——一個集成的光流生物感測器，它可以隔離單個細胞，並監控它們在至少12小時內實時產生的化學物質。

這是一個強大的新工具，它將使我們對細胞的交流和行為有更深入的了解。這些洞見將為開發新的診斷和治療疾病的方法開闢道路。人類細胞通過複雜和動態的方式傳達出某種錯誤，產生各種化學物質，向其他細胞發出它們需要做的事情。例如，當檢測到感染時，白血球就會啟動並釋放特殊的蛋白質來對抗和消滅入侵者。了解單個細胞的相互作用和交流對於開發治療嚴重疾病的新療法至關重要，它能更好地利用人體自身免疫系統的力量，或精確瞄準有缺陷的細胞。

在一篇發表於《小型期刊》的論文中，研究小組展示了該技術如何用於檢測單個淋巴瘤細胞的細胞因子的分泌。細胞因子是一種由廣泛的細胞組成的小蛋白質，可以與其他細胞進行交流，它們在感染、免疫紊亂、炎症、敗血症和癌症的反應中起著重要的作用。研究發現，淋巴瘤細胞以不同的方式產生細胞因子，對每個細胞都是獨特的，使研究人員能夠確定每個細胞的「分泌指紋」。米切爾說：如果我們能清楚地了解這種行為，這將幫助我們從壞的細胞中篩選出好的細胞，並使我們有一天能夠開發出精確瞄準那些壞細胞的治療方法。

工作原理

生物感測器是在RMIT的微諾研究中心開發的微流體實驗室晶元技術的最新應用。微流控晶元包含微小的通道、泵和處理器，能夠精確和靈活地操作流體。從本質上講，微流體是為流體提供的，而微電子則是將大量微小的處理元件集成到一個可攜帶、快速且能快速、高效地生產的小晶元中。新的成本效益和可擴展的技術是輕便和便攜的，結合微流體和納米光子學。與傳統的顯微鏡相兼容，生物感測器是一層薄玻璃，塗上一層金膜，上面有數十億微小的納米孔，排列成特定的圖案。這些納米孔傳輸光的單一顏色，這是由於一種被稱為等離子體效應的光學現象。通過觀察這種顏色的傳播，研究人員可以在沒有任何外部標籤的情況下，確定在一張幻燈片上有多少特定化學物質的存在。

這種檢測方法能夠實時監測單個細胞產生的化學物質。納米光子感測器被耦合到一個微流體集成電路中，其流體通道與人類頭髮的大小有關。該電路包括隔離細胞和濃縮其分泌物的閥門，以及調節溫度和濕度來維持細胞的系統。這項工作是位於瑞士EPFL的bionanphotonic系統實驗室與瑞士RMIT和路德維希癌症研究所工程學院的集成光子學和應用中心的合作。RMIT微流控晶元在研究領域的研究中發揮了關鍵作用——從水質監測到對疑似心臟病發作的血液檢測，在病人還在救護車上的時候，這些檢測可能會產生結果。

博科園-科學科普｜參考期刊文獻：Small｜來自：皇家墨爾本理工大學