Hücre morfolojisi, moleküler mekanizmaların önemli bir göstergesi olarak ortaya çıkmaktadır. Sadece hücre yapısının görsel bir temsilini sağlamakla kalmaz, aynı zamanda tek tek hücrelerin altında yatan süreçler ve işlevler hakkında değerli bilgiler sunar1. Bağışıklık hücrelerinin şeklini, boyutunu ve aktivitesini tek hücre düzeyinde analiz etmek, davranışları, heterojenlikleri ve sağlık ve hastalıktaki rolleri hakkında önemli bilgiler sağlar 2,3,4,5,6.
Bu önemli hücreler arasında, doğuştan gelen bağışıklık sisteminin merkezi bir bileşeni olan doğal öldürücü (NK) hücrelerbulunur 7,8. Virüsle enfekte olmuş ve kanserli hücreleri ortadan kaldırırlar ve sitokin salınımı yoluyla adaptif bağışıklık tepkisini düzenlerler 9,10,11. Kanser, viral enfeksiyonlar ve immün yetmezlikler sıklıkla NK hücrelerinin sayısını azaltır ve işlevlerini bozar 12,13,14. Bu nedenle, NK hücre aktivasyonu önemli bir biyobelirteç görevi görür ve bağışıklık sisteminin genel sağlığı hakkında bilgi sağlar. Sonuç olarak, NK hücre aktivasyonunun hızlı tek hücreli değerlendirmesi prognoz, tanı, hastalık izleme ve hasta tabakalaşması için gereklidir 15,16,17,18.
Şu anda, NK hücre aktivitesi, sitotoksik kapasitelerine (hedef hücreleri öldürme yeteneği) ve sitokin üretimine göre değerlendirilmektedir 19,20,21,22. Krom-51 (51Cr) salım testleri24,25, akış sitometrik deneyleri26,27 ve stimülasyondan sonra NK hücreleri tarafından salgılanan interferon-gama (IFN-γ) miktarını belirlemek için enzime bağlı immünosorbent testleri (ELISA) gibi hücre aracılı sitotoksisiteyi 23 ölçmek için geleneksel yöntemler 28,29,30 birkaç sınırlaması vardır. Bunlar arasında standardizasyon eksikliği, uzun protokoller (örneğin, bir gecede ELISA inkübasyonu), hücre etiketlemesine bağımlılık ve yüksek ekipman maliyetleri 31,32,33 yer alır. Bu zorluklar, hızlı sonuçlar, maliyet etkinliği, etiketsiz analiz ve yüksek verim sunan yenilikçi yöntemlere olan ihtiyacı vurgulamaktadır. Ek olarak, tek hücre düzeyinde NK hücre aktivasyonunun değerlendirilmesi, popülasyon heterojenliği ve stimülasyona bireysel hücresel tepkiler hakkında ayrıntılı bilgiler sağlar.
Bu sınırlamaların üstesinden gelmeyi amaçlayan gelişmekte olan teknolojiler arasında, lenssiz gölge görüntüleme teknolojisi (LSIT) özellikle etkili bir çözümdür 34,35,36. Basitleştirilmiş bir dijital satır içi holografi (DIH) olan LSIT, tek hücreli çözünürlükteNK hücre aktivasyonunun hızlı, etiketsiz, yüksek verimli analizini sağlar 37,38,39. DIH, mikroskobik nesneler hakkında üç boyutlu (3D) bilgileri yeniden oluşturmak için saçılan lazer ışığı ile dijital bir sensör üzerindeki doğrusal referans ışını arasındaki girişim desenlerini yakalar40,41. LSIT, 42,43,44,45 hücrelerinin kırınım modellerini (yani gölge görüntüleri) yakalamak için kısmen uyumlu bir LED, mikro iğne deliği ve CMOS sensörü kullanarak bu yaklaşımı basitleştirir. Bu tekniğin mantığı, bağışıklık hücrelerinin aktivasyonunun genellikle hücre boyutu, şekli, sitoplazmik tanecikliği ve nükleer yapıdaki değişiklikler dahil olmak üzere morfolojik değişikliklere neden olduğu gözlemine dayanmaktadır 46,47,48,49,50. LSIT, kırınım modelleri 51,52,53 üzerinde doğrudan etkisi olan bu değişikliklere karşı oldukça hassastır.
LSIT'in bu morfolojik değişikliklere ve bunların kırınım modelleri üzerindeki etkilerine olan duyarlılığı üzerine inşa edilen bu protokol, bundan sonra LSIT platformu54 olarak anılacak olan Cellytics NK platformunu kullanarak NK hücre sayısının ve fonksiyonel aktivitenin tek hücre düzeyinde hızlı ve doğru bir şekilde ölçülmesi için yeni bir yöntem sunar. Şekil 1A'da gösterildiği gibi, LSIT platformu numune işleme, etkinleştirme ve gölge görüntülemeyi kompakt bir çok kanallı iş akışına entegre eder. NK hücreleri tam kandan izole edildi, özel olarak formüle edilmiş bir aktivasyon stimülatör kokteyli (ASC) ile uyarıldı ve özel bir tahlil çipine yüklendi. ASC, maruziyetten sonraki 1 saat içinde NK hücrelerinde, LSIT platformu55,56 kullanılarak hassas bir şekilde tespit edilebilen, artan hücre boyutu ve iç karmaşıklık gibi morfolojik değişikliklere neden olur.
LSIT platformu, tek tek hücrelerin DIH modellerini (gölgelerini) yakalamak için bir LED ışık kaynağı ve bir CMOS sensörü kullanır (Şekil 1B). Özel bir algoritma daha sonra bu gölge modellerini analiz eder ve hücre boyutu ile ilişkili olan tepeden tepeye mesafe (PPD) ve sitoplazmanın karmaşıklığı ve düzensizliği ile ilişkili olan ikincil maksimumun genişliğinin standart sapması (WSM-SD) gibi temel parametreleri çıkarır (Şekil 1C, D). Platform, stimülasyondan önceki ve sonraki değerleri karşılaştırarak bileşik endeksleri hesaplar: birleşik gölge parametresi (CSP = PPD × WSM-SD) ve aktivasyondan sonra CSP'deki yüzde değişimi yansıtan doğuştan gelen bağışıklık indeksi (I³). CSP'nin tanıtılmasının nedeni, immün aktivasyonun hem hücre genişlemesini hem de artmış sitoplazmik karmaşıklığı içermesidir. İki kriterden yalnızca birine güvenmek, sınırda aktivasyonu kaçırabilir veya döküntü veya düzensiz aydınlatma gibi gürültüden etkilenebilir. CSP, her iki ölçümde de tutarlı kaymalar gerektirerek sınıflandırmayı geliştirir. Bu indeksler, floresan etiketleme veya karmaşık numune işleme olmadan farklı hücre popülasyonlarının aktivasyon durumlarını sınıflandırır.
Bu protokol, bağışıklık hücrelerinde aktivasyonun neden olduğu morfolojik değişiklikleri izlemek için hızlı, kantitatif ve etiketsiz bir yönteme ihtiyaç duyan araştırmacılar ve klinisyenler için özellikle yararlıdır. Temel immünolojik araştırmalar, klinik öncesi ilaç taraması ve immünoterapilerin değerlendirilmesi için uygundur ve immün durumun hızlı bir şekilde değerlendirilmesinin gerekli olduğu klinik ortamlarda tanısal veya prognostik bir araç olarak kullanılabilir. Bu yöntem, izole hücre popülasyonları, LSIT platformuna erişim ve spesifik bir NK hücre aktivasyon kokteyli gerektirir.