近日，瑞士與澳大利亞的科研人員合作開發(fā)出一種新型光流控微型納米器件，并利用該器件檢測單個淋巴瘤細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子。這一突破性的研究成果將為癌癥以及自身免疫性疾病的治療帶來新希望。

背景

每個人都會有不同的個性，細(xì)胞也一樣，每個細(xì)胞的“個性”也不相同。研究表明，同種類型的兩個不同細(xì)胞受到同樣對待時(shí)，產(chǎn)生的響應(yīng)卻不相同。面對病毒等外部刺激因素，不同的細(xì)胞會分泌出不同數(shù)量的分子，進(jìn)行不同程度的相互通信。

關(guān)于“細(xì)胞群”之間如何進(jìn)行通信戰(zhàn)勝疾病或者響應(yīng)感染的科學(xué)研究非常多，然而對于“單個細(xì)胞”來說，目前仍然有許多需要研究與學(xué)習(xí)的。理解單個細(xì)胞之間的交互與通信行為，對于開發(fā)針對嚴(yán)重疾病的新療法，更好地利用人體自身免疫系統(tǒng)的力量，精準(zhǔn)地找到缺陷細(xì)胞，有著非常關(guān)鍵的意義。

創(chuàng)新

為了更好理解單個細(xì)胞之間如何進(jìn)行通信，近日瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）、澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)（RMIT）大學(xué)、瑞士洛桑大學(xué)、瑞士洛桑路德維希癌癥研究所的科研人員合作開發(fā)出一種內(nèi)含微腔的光流控微型納米器件。

在一篇發(fā)表于《Small》雜志的論文中，團(tuán)隊(duì)演示了如何采用該技術(shù)檢測單個淋巴瘤細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子（cytokine）。

《Small》雜志封面圖片顯示，單個淋巴瘤細(xì)胞孤獨(dú)地存在于新型生物傳感器上。

（圖片來源：EPFL）

技術(shù)

每個細(xì)胞都有自己復(fù)雜的運(yùn)行方式。例如，癌癥細(xì)胞會產(chǎn)生各種激素和蛋白質(zhì)，擴(kuò)散并入侵健康細(xì)胞；免疫細(xì)胞會分泌出特殊化學(xué)介質(zhì)，也稱為“細(xì)胞因子”，激勵免疫系統(tǒng)與“感染”或“入侵者”作斗爭。

細(xì)胞因子是指免疫原、絲裂原或其他刺激劑誘導(dǎo)多種細(xì)胞產(chǎn)生的低分子量可溶性蛋白質(zhì)。細(xì)胞因子會在細(xì)胞間的通信過程中充當(dāng)信使，在應(yīng)對感染、免疫紊亂、炎癥、敗血癥和癌癥等疾病方面發(fā)揮重要作用。

研究發(fā)現(xiàn)，淋巴瘤細(xì)胞會以不同方式產(chǎn)生細(xì)胞因子，每個細(xì)胞都很獨(dú)特。因此，研究人員需要判斷每個細(xì)胞的“分泌物指紋”。

論文合著者之一、EPFL 工程實(shí)驗(yàn)室生物納米光學(xué)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的領(lǐng)頭人 Hatice Altug表示：“迄今為止，研究單個細(xì)胞的方法通常需要熒光基團(tuán)。但是這些成分會干擾細(xì)胞工作，使得實(shí)時(shí)研究變得不可能。” RMIT 教授 Arnan Mitchell 表示，對于開發(fā)疾病新療法來說，分析單個細(xì)胞非常有價(jià)值，然而缺少有效的分析技術(shù)阻礙了這個領(lǐng)域的研究進(jìn)展。

因此，科學(xué)家們開發(fā)出了新型芯片實(shí)驗(yàn)室技術(shù)，來研究淋巴瘤細(xì)胞的細(xì)胞因子分泌水平。新開發(fā)的納米光學(xué)生物傳感器是一片涂有金薄膜的載玻片，與傳統(tǒng)的顯微鏡相兼容。載玻片上面打上數(shù)十億個納米孔，并排列成清晰的圖案。

（圖片來源：EPFL）

（圖片來源：Bo Zhang / EPFL）

微型腔體放置在載玻片之上，它的壁由多孔膜組成，腔體的尺寸差不多是一顆雨滴的千分之一。腔體會接收來自微流控微通道的平穩(wěn)的水流和營養(yǎng)流。微流控集成電路的流體通道尺寸與人類頭發(fā)絲差不多，它還包括用于隔離細(xì)胞和濃縮細(xì)胞分泌物的閥結(jié)構(gòu)以及調(diào)整溫度和濕度的系統(tǒng)。

（圖片來源：EPFL）

簡寬帶光源發(fā)出光線照射到腔體上。由于一種稱為“等離體激元”的現(xiàn)象，納米孔僅讓一個光波頻率或者顏色通過。當(dāng)細(xì)胞分泌出分子時(shí)，它會附著在抗體上，從而改變納米孔發(fā)出的光線頻率。科研人員通過觀察納米孔發(fā)出的光線顏色，就可以判斷出載玻片上微量特殊化學(xué)物質(zhì)的出現(xiàn)，并且無需任何外部標(biāo)記。

（圖片來源：RMIT University）

研究人員將細(xì)胞放入腔中，在周圍環(huán)境不會遭到破壞的條件下，實(shí)時(shí)觀察細(xì)胞并持續(xù)監(jiān)測其化學(xué)分泌物的種類和數(shù)量。這種光流控微型納米器件可以連續(xù)工作12小時(shí)甚至更長時(shí)間。

（圖片來源：EPFL）

價(jià)值

之前的大量研究都是關(guān)于細(xì)胞群的工作方式，但是對于單個細(xì)胞的行為研究得很少。這種新型器件是一種非常強(qiáng)大的工具，為理解單個細(xì)胞的行為以及通信方式提供了一種新方法，也為開發(fā)癌癥以及自身免疫性疾病的新療法鋪平了道路。

Altug 表示：“例如，我們將選擇最有效的免疫細(xì)胞抗擊某種疾病。”論文的合作領(lǐng)導(dǎo)作者 Xiaokang Li 表示：“我們的方案可以識別腫瘤中最具攻擊性的癌細(xì)胞，并精準(zhǔn)地決定為患者提供何種治療。

這種低成本、可升級、輕量、便攜的技術(shù)有效地將微流控技術(shù)與納米光子學(xué)相結(jié)合。未來，它將有著大量的潛在應(yīng)用，例如用于水質(zhì)監(jiān)測、血液測試等等。

參考資料:略

（文章來源: John  IntelligentThings 科學(xué)網(wǎng)科學(xué)網(wǎng)轉(zhuǎn)載僅供參考學(xué)習(xí)及傳遞有用信息，版權(quán)歸原作者所有，如侵犯權(quán)益，請聯(lián)系刪除）