细胞也会聊天？通过学习细胞语言来攻击疾病

突破性实验室芯片技术揭示了人类细胞是如何沟通的，可能导致癌症和自身免疫紊乱的新疗法。该技术由澳大利亚-瑞士研究小组开发，为研究人员提供了前所未有的深入研究个体细胞的行为方式——科学家发现的东西远比之前想像的复杂得多。来自RMIT大学、Ecole polytechnique federale de Lausanne (EPFL)和路德维希癌症研究所(Ludwig Institute for Cancer Research in Lausanne)的研究人员联手建立了一个微型生物感测器，让科学家能够分离出单个细胞，实时分析它们，观察它们复杂的信号行为，而不会干扰它们的环境。

一个单一的淋巴瘤细胞被隔离在新生物感测器上(放大2700倍)。图片：EPFL

博科园-科学科普：RMIT的微诺研究中心主任阿南·米切尔教授说，单细胞分析对开发新的疾病治疗有很大的希望，但是缺乏有效的分析技术阻碍了该领域的研究。米切尔说：我们非常了解细胞群如何与疾病作斗争，或如何应对感染，但我们仍有很多东西需要了解单个细胞。最近的研究表明，可以使用同一类型的两个细胞，给予它们相同的治疗，但它们的反应会非常不同。我们对潜在机制的了解不够，无法理解为什么会发生这种情况，也没有合适的技术来帮助科学家解决这个问题。解决方案是一个完整的包装——一个集成的光流生物感测器，它可以隔离单个细胞，并监控它们在至少12小时内实时产生的化学物质。

这是一个强大的新工具，它将使我们对细胞的交流和行为有更深入的了解。这些洞见将为开发新的诊断和治疗疾病的方法开辟道路。人类细胞通过复杂和动态的方式传达出某种错误，产生各种化学物质，向其他细胞发出它们需要做的事情。例如，当检测到感染时，白血球就会启动并释放特殊的蛋白质来对抗和消灭入侵者。了解单个细胞的相互作用和交流对于开发治疗严重疾病的新疗法至关重要，它能更好地利用人体自身免疫系统的力量，或精确瞄准有缺陷的细胞。

在一篇发表于《小型期刊》的论文中，研究小组展示了该技术如何用于检测单个淋巴瘤细胞的细胞因子的分泌。细胞因子是一种由广泛的细胞组成的小蛋白质，可以与其他细胞进行交流，它们在感染、免疫紊乱、炎症、败血症和癌症的反应中起着重要的作用。研究发现，淋巴瘤细胞以不同的方式产生细胞因子，对每个细胞都是独特的，使研究人员能够确定每个细胞的“分泌指纹”。米切尔说：如果我们能清楚地了解这种行为，这将帮助我们从坏的细胞中筛选出好的细胞，并使我们有一天能够开发出精确瞄准那些坏细胞的治疗方法。

工作原理

生物感测器是在RMIT的微诺研究中心开发的微流体实验室芯片技术的最新应用。微流控芯片包含微小的通道、泵和处理器，能够精确和灵活地操作流体。从本质上讲，微流体是为流体提供的，而微电子则是将大量微小的处理元件集成到一个可携带、快速且能快速、高效地生产的小芯片中。新的成本效益和可扩展的技术是轻便和便携的，结合微流体和纳米光子学。与传统的显微镜相兼容，生物感测器是一层薄玻璃，涂上一层金膜，上面有数十亿微小的纳米孔，排列成特定的图案。这些纳米孔传输光的单一颜色，这是由于一种被称为等离子体效应的光学现象。通过观察这种颜色的传播，研究人员可以在没有任何外部标签的情况下，确定在一张幻灯片上有多少特定化学物质的存在。

这种检测方法能够实时监测单个细胞产生的化学物质。纳米光子感测器被耦合到一个微流体集成电路中，其流体通道与人类头发的大小有关。该电路包括隔离细胞和浓缩其分泌物的阀门，以及调节温度和湿度来维持细胞的系统。这项工作是位于瑞士EPFL的bionanphotonic系统实验室与瑞士RMIT和路德维希癌症研究所工程学院的集成光子学和应用中心的合作。RMIT微流控芯片在研究领域的研究中发挥了关键作用——从水质监测到对疑似心脏病发作的血液检测，在病人还在救护车上的时候，这些检测可能会产生结果。

博科园-科学科普｜参考期刊文献：Small｜来自：皇家墨尔本理工大学