新兴芯片的诞生:抓住特异免疫细胞


  马萨诸塞总医院(Massachusetts General Hospital)的研究人员们最近发明了一种新型的微流体芯片,这种芯片将帮助医生们检测出中性粒细胞(一种白血细胞)是如何帮助人体愈合烧伤或其他外伤。同时它也可以帮助理解免疫系统为何有时会不受控制,甚至造成严重的发炎情况。

  这种芯片的检验方式对于科学家们是前所未有的:从小剂量的血液中简单并迅速地捕获中性粒。从长远来说,科学家们希望运用这种技术去预知病人在受伤后是否会严重感染,进而是否需要对此进行积极治疗。斯蒂温•卡瓦诺(Steven Calvano)是罗伯特•伍德•强生医学院(Robert Wood Johnson Medical School)的专家,并未直接参与这个研究计划,但他认为“科学家们一直在寻找一种针对外伤或败血症的生物标记,而这项发现将成为一项极其有价值的临床诊断工具”。

  各种烧伤及外部创伤都会造成对皮肤保护性壁垒的损坏,使得病人伤口易于感染。作为人体内含量最高的白细胞,中性粒是免疫系统中最初的反应器之一。它们迅速地集中到伤口出,吞噬外部侵入的各种细菌。

  最近的研究表明,这种细胞在免疫系统中承担着非常微妙的角色:帮助免疫反应进行调节。受伤后,免疫系统的过度反应亦会引起系统性的发炎,造成的危险如同最初的感染一样严重。所以如果科学家们能找到更合适的途径知晓这些细胞是如何运行,将会有效地指导新的药物针对预防或治疗那些炎症或者败血症。卡罗•米勒-格拉则诺(Carol Miller-Graziano)是罗切斯特大学医学中心(University of Rochester Medical Center)免疫及应激反应实验室的主任,同时也参与了这个研究计划,他认为“这些细胞的调控机制对于整体反应的瞄准及改变都是个关键因素”。

  直到现在,从技术上来说,从血液中分离细胞是个冗长复杂的过程。但是这种创新的微流体芯片改变了这一切。此芯片由马萨诸塞总医院医学工程中心的肯•科兹(Ken Kotz)及其合作者发明。上周《自然医学》(Nature Medicine)杂志网络版公布了一项研究:研究人员们阐明了这种捕获细胞的方式与传统的方式同样有效,且更为迅速。他们同时也表明了,极少的血液剂量——150微升——便能提供足够的细胞。这项研究属于一项大型多中心研究拨款的一部分,由美国国家卫生研究所提供资金,目的是更好地了解炎症及人体是如何对创伤做出反应的。

  只有一张名片大小,这个装置使用的技术最初是用来针对HIV病人体内T细胞的数量监控。两张载玻片中镶嵌一个有机高分子聚合体,上刻16个通道,外面包裹着专门针对中性粒绑定的抗体。当血液流经这个装置时,抗体能选择性的捕获细胞。这个捕获的过程只需要5分钟,医生或护士仅仅在病人床前就能简单方便地完成。科兹说:“我们努力使其简便易用”。然后,科学家们还可以加入不同的化学物质到芯片上,使其可以分离DNA、 蛋白质或者细胞中的其它分子。这些小分子将会被用来做进一步的分析研究。

  一个迅速的捕获过程对于中性粒是尤其重要的。科学家们想要研究那些受伤细胞中有活性的基因及蛋白,但是冗长复杂的分离过程会人为地激活某些分子,或者整个地杀死细胞。科兹认为,在收集足够量的RNA以备下一步研究时,这种新技术将显示出比传统方法更好更快的优越性。

  科兹和他的团队还在开发类似的芯片去捕获其它种类的免疫细胞。他们已经分离并分析了淋巴细胞,包括产生对抗细菌抗体的免疫细胞;以及现在已运用在另一种免疫细胞——单核白细胞上。这种能单独分离并研究不同的免疫细胞的技术,将帮助科学家们更好地理解不同的细胞在免疫反应中的作用,以及当免疫系统出错时,不同的细胞是如何定位的。