Microfluidic Approach to Resolve Simultaneous and Sequential Cytokine Secretion of Individual Polyfunctional Cells

Aline Linder; Kevin Portmann; Luca Johannes Schlotheuber; Alessandro Streuli; Wiona Sophie Gl&#228;nzer; Klaus Eyer; Ines L&#252;chtefeld

doi:10.3791/66492

نهج الموائع الدقيقة لحل إفراز السيتوكين المتزامن والمتسلسل للخلايا الفردية متعددة الوظائف

JoVE Journal
Immunology and Infection

This content is Free Access.

JoVE Journal Immunology and Infection

Microfluidic Approach to Resolve Simultaneous and Sequential Cytokine Secretion of Individual Polyfunctional Cells

نهج الموائع الدقيقة لحل إفراز السيتوكين المتزامن والمتسلسل للخلايا الفردية متعددة الوظائف

Full Text

2,526 Views

09:43 min

March 8, 2024

DOI: 10.3791/66492-v

Aline Linder*¹, Kevin Portmann*¹, Luca Johannes Schlotheuber¹, Alessandro Streuli¹, Wiona Sophie Glänzer¹, Klaus Eyer^1,2, Ines Lüchtefeld^1,3

¹Laboratory for Functional Immune Repertoire Analysis, Institute of Pharmaceutical Sciences, Department of Chemistry and Applied Biosciences,ETH Zürich, ²Department of Biomedicine,Aarhus University, ³Laboratory for Tumor and Stem Cell Dynamics, Institute of Molecular Health Sciences, Department of Biology,ETH Zürich

Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This study presents an advanced microfluidic platform designed to quantitatively measure cytokine secretion dynamics at the single-cell level. The platform allows for the simultaneous measurement of three cytokines (IL-6, TNF伪, and IL-1尾) from individual human peripheral blood mononuclear cells stimulated with lipopolysaccharide.

Key Study Components

Area of Science

Neuroscience
Immunology
Microfluidics

Background

Understanding cytokine dynamics is crucial for insights into immune responses.
Traditional methods often overlook cellular heterogeneity and dynamic responses.
Single-cell analysis provides a deeper understanding of immune cell functionality.
Disruption in immune regulation can lead to various disorders.

Purpose of Study

To develop a method for real-time measurement of cytokine secretion at the single-cell level.
To capture the dynamic range of cytokine secretion across different samples.
To enhance understanding of immune cell polyfunctionality.

Methods Used

Microfluidic chip design for single-cell analysis.
Use of functionalized nanoparticles for cytokine detection.
Dynamic flow control to establish stable droplet production.
Quantitative measurement of cytokine secretion over time.

Main Results

The platform successfully measures cytokine secretion from individual cells.
Simultaneous detection of multiple cytokines was achieved.
Dynamic analysis revealed insights into immune cell responses.
Results indicate the importance of single-cell measurements in immunology.

Conclusions

The developed microfluidic platform is a valuable tool for immunological research.
Single-cell analysis can provide critical insights into immune cell behavior.
This approach may lead to better understanding of immune-related disorders.

Frequently Asked Questions

What is the significance of measuring cytokines at the single-cell level?

Measuring cytokines at the single-cell level allows for a more detailed understanding of cellular heterogeneity and the dynamic nature of immune responses.

How does the microfluidic platform work?

The platform uses a microfluidic chip to isolate individual cells and measure their cytokine secretion in real-time.

What cytokines can be measured using this platform?

The platform can measure IL-6, TNF伪, and IL-1尾 simultaneously from individual cells.

Why is it important to study cytokine dynamics?

Studying cytokine dynamics helps in understanding the immune response and can provide insights into various immune disorders.

What challenges does this study address?

This study addresses the challenge of capturing the dynamic range of cytokine secretion and the complexity of immune cell responses.

Can this method be applied to other types of cells?

Yes, the microfluidic platform can potentially be adapted to study cytokine secretion from other cell types.

يصف البروتوكول منصة الموائع الدقيقة المتقدمة لقياس ديناميكيات إفراز السيتوكين لخلايا الدم أحادية النواة المحيطية البشرية الفردية. تقيس المنصة ما يصل إلى ثلاثة سيتوكينات بالتوازي (IL-6 و TNFα و IL-1β) لكل خلية فردية يتم تحفيزها باستخدام عديد السكاريد الدهني كمثال.

في هذا المشروع ، نركز على تطوير وتطبيق استراتيجيات تحليلية جديدة ، والتي تسمح بالتحليل المباشر والكمي والعميق للوظائف الخلوية بدقة خلية واحدة. وهكذا من خلال تجاوز قياس نقطة بيانات واحدة خالصة ، نهدف إلى فهم واستغلال هذه الوظائف المتعددة بشكل أفضل ، والتي تأتي من الاستجابات المعقدة في المضيف وفي الأنسجة. إن الحصول على فهم شامل لهذه الوظائف أمر معقد وصعب ويتطلب مناهج متعددة التخصصات.

ولذا فإن أحد التحديات في هذا السياق هو التأكد من أن النطاق الديناميكي للفحص الذي يتم تطويره مناسب لالتقاط كمية وديناميكيات البروتين المفرز ، والذي يمكن أن يختلف اختلافا كبيرا عبر العينات والمستحضرات والأنسجة. يمكن أن يؤدي الاضطراب في تنظيم الاستجابة المناعية إلى اضطرابات مختلفة ، مما يؤدي إلى حمى خفيفة إلى مضاعفات قد تهدد الحياة. بالانتقال إلى ما هو أبعد من قياسات نقطة النهاية التقليدية ، اقترحنا قياس عدم تنظيم الخلايا المناعية وتنشيطها ديناميكيا على مستوى خلية واحدة لاكتساب رؤية إضافية.

ومن ثم، عادة ما يكتشف السيتوكين عند نقطة زمنية محددة باعتباره تركيزا في المادة الطافية أو تركيزا للخلايا المنشطة. القياس بالجملة مباشرة لتحديد إفراز كل خلية على حدة ، وإخفاء عدم التجانس الخلوي الذي ، كقياسات نقطة النهاية ، لا يميز بين الإفراز المتزامن والثانوي. تجاهل الجانب الديناميكي للاستجابة تشير الوظيفة الخلوية الكاملة إلى قدرة الخلية المناعية على إفراز عدة سيتوكينات في وقت واحد.

وهذا يسمح لهم بضبط استجابتهم ضد التهديدات ، على سبيل المثال ، وقياس هذه الوظيفة المتعددة ديناميكيا ، مما يعني أنه بمرور الوقت يمكن أن يعطي نظرة ثاقبة على الفروق الدقيقة المختلفة للاستجابة المناعية.