微流控方法解决单个多功能细胞的同时和连续细胞因子分泌
2024年3月8日
该协议描述了一种先进的微流体平台，用于定量测量单个人外周血单核细胞的细胞因子分泌动力学。例如，该平台可同时测量脂多糖刺激的每个细胞的多达三种细胞因子（IL-6、TNFα 和 IL-1β）。
在本项目中，我们专注于开发和应用新的分析策略，这些策略允许在单细胞分辨率下对细胞功能进行直接、定量和深入分析。因此，通过超越纯粹的单数据点测量，我们的目标是更好地理解和利用这种多功能性，它来自宿主和组织中的复杂反应。要全面了解这些功能是复杂、困难的，并且需要跨学科的方法。
因此，在这种情况下，一个挑战是确保检测结果的动态范围适合捕获分泌蛋白的数量和动态，而分泌蛋白的数量和动态可能因样品、制备和组织而异。免疫反应调节的破坏会诱发各种疾病，导致轻度发热，并可能危及生命的并发症。超越传统的终点测量，我们建议直接在单细胞水平上动态测量免疫细胞的失调和激活，以获得更多见解。
因此，通常在特定时间点将细胞因子检测为上清液中的浓度或活化细胞的浓度。直接进行批量测量以量化每个单独细胞的分泌，掩盖细胞异质性，作为终点测量，细胞异质性不区分同时分泌和二次分泌。忽略反应的动态方面:细胞完全功能是指免疫细胞同时分泌多种细胞因子的能力。
例如，这使他们能够微调对威胁的反应，并动态测量这种 poly 功能，这意味着随着时间的推移，可以深入了解免疫反应的不同细微差别。
概述
本研究介绍了一种先进的微流控平台，旨在单细胞水平上定量测量细胞因子分泌动态。该平台能够同时检测经脂多糖刺激的单个外周血单个核细胞所分泌的三种细胞因子（IL-6、TNFα 和 IL-1β）。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 免疫学
- 微流控
背景
- 了解细胞因子动态对于理解免疫反应至关重要。
- 传统方法通常忽略细胞异质性和动态响应。
- 单细胞分析可更深入揭示免疫细胞的功能特性。
- 免疫调节的失调可导致多种疾病。
研究目的
- 建立一种在单细胞水平上实时测量细胞因子分泌的方法。
- 捕捉不同样本间细胞因子分泌的动态范围。
- 加深对免疫细胞多能性的理解。
使用的方法
- 用于单细胞分析的微流控芯片设计。
- 利用功能化纳米颗粒检测细胞因子。
- 通过动态流控实现稳定液滴生成。
- 随时间定量测量细胞因子分泌水平。
主要结果
- 该平台成功实现了对单个细胞分泌细胞因子的测量。
- 实现了多种细胞因子的同步检测。
- 动态分析揭示了免疫细胞反应的深层机制。
- 结果表明，单细胞测量在免疫学研究中具有重要意义。
结论
- 开发的微流控平台是免疫学研究的有力工具。
- 单细胞分析可为免疫细胞行为提供关键见解。
- 该方法可能有助于更好地理解免疫相关疾病。
常见问题
行业重要性概述
在单细胞水平上解析细胞因子的同步与顺序分泌，解决了药物发现中免疫应答表征的关键空白。该微流控液滴平台可实现对多功能免疫细胞的定量、时间分辨分析，有助于提高靶点验证的预测可信度，并降低机制性风险。其模块化设计和多重检测能力使其成为面向免疫学研发流程的可重复使用工具。
生物制药研发中的战略应用
早期发现与靶点验证
- 能够直接检测免疫细胞的多功能性及细胞因子通路的参与情况。
- 通过在单细胞水平上区分细胞因子的同步分泌与顺序分泌，支持生物学风险的降低。
- 提高免疫靶点筛选及候选机制优先级排序的预测可靠性。
筛选与检测方法开发
- 为下游化合物筛选工作流程制备经过验证的多重单细胞检测方法。
- 提供定量、时间分辨的细胞因子检测结果，以标准化检测输出。
- 促进在免疫细胞群体中可重复地检测表型异质性。
转化与临床前研究
- 通过捕获原代人源细胞中动态的细胞因子相互作用，与疾病相关的免疫模型相一致。
- 通过高通量单细胞分泌谱分析，推动转化型生物标志物的发现。
- 揭示与治疗反应相关的功能性免疫异质性，支持基于风险评估的临床推进决策。
流程与工作流整合
该微流控平台整合了从早期发现到临床前研究的全过程，架起了从假设驱动的免疫靶点验证到转化生物标志物鉴定之间的桥梁。
- 发现生物学：通过量化动态细胞因子分泌，阐明免疫通路的激活机制，并降低靶点假设的风险。
- 筛选：提供多重化、可重复的单细胞检测数据输出，用于化合物评估。
- 分析学：生成定量、时间分辨的检测结果，实现对免疫细胞反应的稳健比较。
- 转化研究：将单细胞分泌动态与疾病相关的免疫调节及生物标志物策略相联系。
- 企业级应用：提供模块化、可灵活调整的平台，适用于跨项目多种蛋白质和细胞样本的分析。
运营与企业影响
- 科学价值：提高免疫靶点验证的预测可信度，降低机制上的模糊性。
- 操作价值：标准化并规模化单细胞因子检测，以生成可重复、高内涵的数据。
- 战略价值：通过揭示功能性免疫异质性，支持科学的“推进/终止”决策，实现资本高效的投资组合推进。
- 投资组合影响：支持基于风险调整的优先排序，推动以免疫学为重点的资产向前发展。
实施注意事项
- 需要具备微流控、免疫分析开发和定量图像分析方面的专业知识。
- 需要具备荧光显微镜和自动化成像基础设施的使用条件。
- 需要跨团队对分析校准和数据分析工作流程进行标准化。
- 通过适当的分析方法重新配置，可适用于多种细胞因子和细胞类型。
- 每种新应用或样本类型均需验证其动态范围和灵敏度。
生物制药常见问题
Chapters in this video
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Introduction
2:04
Observation Chamber Fabrication for Imaging Single‐Cell Suspensions and Magnetic Nanoparticles
3:50
Preparation of Functionalized Magnetic Nanoparticles for Time‐Resolved Fluorescent Imaging
5:33
Encapsulation of the Cells and Nanoparticles into Droplets for Fluorescent Imaging
