清華新聞網(wǎng)2月10日電 腫瘤適應(yīng)性免疫過(guò)程具有顯著的細(xì)胞異質(zhì)性、動(dòng)態(tài)性和空間復(fù)雜性，這為體外腫瘤-免疫細(xì)胞共培養(yǎng)研究帶來(lái)了長(zhǎng)期挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)多細(xì)胞模型通常基于時(shí)間節(jié)點(diǎn)和群體平均效應(yīng)進(jìn)行分析，容易掩蓋腫瘤細(xì)胞與免疫細(xì)胞之間的個(gè)體差異，限制了對(duì)免疫治療作用機(jī)制、稀有細(xì)胞亞型以及關(guān)鍵受體信號(hào)的深入解析。單細(xì)胞尺度的相互作用模型有望揭示特定細(xì)胞亞型之間的動(dòng)態(tài)行為及其功能結(jié)局。
近日，清華大學(xué)機(jī)械系孫偉教授、龐媛副研究員課題組聯(lián)合中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院張開(kāi)泰研究員、張文教授課題組，基于自主搭建的交變滯慣力微滴噴射系統(tǒng)，構(gòu)建了一種新型體外單細(xì)胞水平免疫-腫瘤模型，用于系統(tǒng)研究樹(shù)突狀細(xì)胞（dendritic cells, DCs）、T細(xì)胞和小鼠黑色素瘤細(xì)胞之間的相互作用動(dòng)態(tài)及其異質(zhì)性。該技術(shù)可在近乎無(wú)損條件下對(duì)原代免疫細(xì)胞進(jìn)行精準(zhǔn)操控，并在數(shù)百微米尺度內(nèi)實(shí)現(xiàn)微量細(xì)胞的可控空間排列。
研究團(tuán)隊(duì)首次在單細(xì)胞尺度上重現(xiàn)了與體內(nèi)高度相似的細(xì)胞動(dòng)態(tài)作用過(guò)程，包括DCs對(duì)腫瘤細(xì)胞的識(shí)別、抗原呈遞、T細(xì)胞激活以及免疫殺傷等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)果初步顯示免疫突觸形成和細(xì)胞毒性效應(yīng)具有顯著的位置依賴(lài)性和細(xì)胞狀態(tài)依賴(lài)性。結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)聚類(lèi)算法，研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了一種基于運(yùn)動(dòng)學(xué)特征的T細(xì)胞分類(lèi)，可對(duì)全運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的T細(xì)胞運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行跟蹤，還可對(duì)某一特征運(yùn)動(dòng)動(dòng)作前后T細(xì)胞運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行解析。借助該模型及分析框架，研究人員驗(yàn)證了DCs類(lèi)型、T細(xì)胞亞型和影響因子對(duì)T細(xì)胞的調(diào)控作用，揭示了細(xì)胞運(yùn)動(dòng)能力與免疫功能之間的密切相關(guān)性。
基于交變滯慣力驅(qū)動(dòng)微滴噴射的單細(xì)胞打印重構(gòu)類(lèi)腫瘤適應(yīng)性免疫作用研究
該單細(xì)胞水平免疫-腫瘤模型可動(dòng)態(tài)揭示免疫細(xì)胞相互作用及其功能結(jié)局，建立了細(xì)胞運(yùn)動(dòng)行為與免疫效應(yīng)之間的關(guān)聯(lián)，為解析臨床相關(guān)免疫過(guò)程、連接不同時(shí)間和空間尺度的研究提供了全新工具。與傳統(tǒng)類(lèi)器官和動(dòng)物模型相比，該模型在建模效率、成本控制和穩(wěn)定性方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，同時(shí)能夠保留細(xì)胞異質(zhì)性，避免動(dòng)物模型帶來(lái)的個(gè)體差異和倫理限制。
研究團(tuán)隊(duì)表示，未來(lái)通過(guò)引入微流控技術(shù)、結(jié)合自動(dòng)化圖像分析和高靈敏度單細(xì)胞檢測(cè)技術(shù)，該模型有望進(jìn)一步提升通量與分析能力，在基礎(chǔ)免疫學(xué)研究、T細(xì)胞治療機(jī)制解析、嵌合抗原受體T細(xì)胞免疫療法（CAR-T）療效評(píng)估及免疫治療策略?xún)?yōu)化等方面展現(xiàn)廣闊應(yīng)用前景。
成果以“從單細(xì)胞水平解析腫瘤適應(yīng)性免疫中的相互作用”（Uncovering the Adaptive Tumor Immunity Interactions from a Single-Cell Level）為題，于1月25日發(fā)表于《先進(jìn)醫(yī)療材料》（Advanced Healthcare Materials）期刊。龐媛、孫偉以及張文為論文通訊作者，清華大學(xué)機(jī)械系博士畢業(yè)生劉天坤（現(xiàn)任人類(lèi)器官生理病理模擬裝置助理研究員）為論文第一作者。本研究獲得國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、北京市科技計(jì)劃及北京市新星計(jì)劃、清華大學(xué)機(jī)械系自主科研基金等項(xiàng)目支持。
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https://doi.org/10.1002/adhm.202503411
供稿：機(jī)械系
編輯：贠爾茹 邱收
審核：黃思南 周襄楠
