導讀
近日，瑞士與澳大利亞的科研人員合作開發出一種新型光流控微型納米器件，並利用該器件檢測單個淋巴瘤細胞分泌的細胞因子。這一突破性的研究成果將為癌症以及自身免疫性疾病的治療帶來新希望。
背景
每個人都會有不同的個性，細胞也一樣，每個細胞的“個性”也不相同。研究表明，同種類型的兩個不同細胞受到同樣對待時，產生的響應卻不相同。面對病毒等外部刺激因素，不同的細胞會分泌出不同數量的分子，進行不同程度的相互通信。
關於“細胞群”之間如何進行通信戰勝疾病或者響應感染的科學研究非常多，然而對於“單個細胞”來說，目前仍然有許多需要研究與學習的。理解單個細胞之間的交互與通信行為，對於開發針對嚴重疾病的新療法，更好地利用人體自身免疫系統的力量，精準地找到缺陷細胞，有著非常關鍵的意義。
創新
為了更好理解單個細胞之間如何進行通信，近日瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）、澳大利亞皇家墨爾本理工大學（RMIT）大學、瑞士洛桑大學、瑞士洛桑路德維希癌症研究所的科研人員合作開發出一種內含微腔的光流控微型納米器件。
在一篇發表於《Small》雜誌的論文中，團隊演示瞭如何採用該技術檢測單個淋巴瘤細胞分泌的細胞因子（cytokine）。
《Small》雜誌封面圖片顯示，單個淋巴瘤細胞孤獨地存在於新型生物傳感器上。
技術
每個細胞都有自己複雜的運行方式。例如，癌症細胞會產生各種激素和蛋白質，擴散併入侵健康細胞；免疫細胞會分泌出特殊化學介質，也稱為“細胞因子”，激勵免疫系統與“感染”或“入侵者”作鬥爭。
細胞因子是指免疫原、絲裂原或其他刺激劑誘導多種細胞產生的低分子量可溶性蛋白質。細胞因子會在細胞間的通信過程中充當信使，在應對感染、免疫紊亂、炎症、敗血症和癌症等疾病方面發揮重要作用。
研究發現，淋巴瘤細胞會以不同方式產生細胞因子，每個細胞都很獨特。因此，研究人員需要判斷每個細胞的“分泌物指紋”。
論文合著者之一、EPFL 工程實驗室生物納米光學系統實驗室的領頭人 Hatice Altug 表示：“迄今為止，研究單個細胞的方法通常需要熒光基團。但是這些成分會干擾細胞工作，使得實時研究變得不可能。” RMIT 教授 Arnan Mitchell 表示，對於開發疾病新療法來說，分析單個細胞非常有價值，然而缺少有效的分析技術阻礙了這個領域的研究進展。
因此，科學家們開發出了新型芯片實驗室技術，來研究淋巴瘤細胞的細胞因子分泌水平。新開發的納米光學生物傳感器是一片塗有金薄膜的載玻片，與傳統的顯微鏡相兼容。載玻片上面打上數十億個納米孔，並排列成清晰的圖案。
（圖片來源：Bo Zhang / EPFL）
微型腔體放置在載玻片之上，它的壁由多孔膜組成，腔體的尺寸差不多是一顆雨滴的千分之一。腔體會接收來自微流控微通道的平穩的水流和營養流。微流控集成電路的流體通道尺寸與人類頭髮絲差不多，它還包括用於隔離細胞和濃縮細胞分泌物的閥結構以及調整溫度和溼度的系統。
簡寬帶光源發出光線照射到腔體上。由於一種稱為“等離體激元”的現象，納米孔僅讓一個光波頻率或者顏色通過。當細胞分泌出分子時，它會附著在抗體上，從而改變納米孔發出的光線頻率。科研人員通過觀察納米孔發出的光線顏色，就可以判斷出載玻片上微量特殊化學物質的出現，並且無需任何外部標記。
（圖片來源：RMIT University）
研究人員將細胞放入腔中，在周圍環境不會遭到破壞的條件下，實時觀察細胞並持續監測其化學分泌物的種類和數量。這種光流控微型納米器件可以連續工作12小時甚至更長時間。
價值
之前的大量研究都是關於細胞群的工作方式，但是對於單個細胞的行為研究得很少。這種新型器件是一種非常強大的工具，為理解單個細胞的行為以及通信方式提供了一種新方法，也為開發癌症以及自身免疫性疾病的新療法鋪平了道路。
Altug 表示：“例如，我們將選擇最有效的免疫細胞抗擊某種疾病。”論文的合作領導作者 Xiaokang Li 表示：“我們的方案可以識別腫瘤中最具攻擊性的癌細胞，並精準地決定為患者提供何種治療。
這種低成本、可升級、輕量、便攜的技術有效地將微流控技術與納米光子學相結合。未來，它將有著大量的潛在應用，例如用於水質監測、血液測試等等。
關鍵字
細胞、微流控技術、芯片實驗室、光學、生物傳感器
【1】https://actu.epfl.ch/news/deciphering-the-language-of-cells-using-observatio/
【2】https://www.rmit.edu.au/news/newsroom/media-releases-and-expert-comments/2018/may/attacking-disease-learning-language-cells
【3】X. Li, M. Soler, C. Szydzik, K. Khoshmanesh, J. Schmidt, G. Coukos, A. Mitchell and H. Altug, "Label-Free Optofluidic Nanobiosensor Enables Real-Time Analysis of Single-Cell Cytokine Secretion," Small
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