芝加哥大學化學系和普利茲克分子工程學院的研究人員設計出了能與免疫細胞結合以探測其功能的微型旋轉機器人。這個機器人，或稱“hexapod（六足機器人）”，為科學家們提供了一種全新的、適應性極強的方法來研究免疫細胞，有助于設計針對癌癥、感染或自身免疫性疾病的免疫療法。

每個hexapod都有六只手臂，手臂上裝有可能被免疫系統識別為外來物的分子，如腫瘤、病毒或細菌的蛋白質片段。研究人員可以利用六足機器人掃描大量的免疫細胞，發現哪些免疫細胞會與感興趣的外來分子結合，以及六足機器人的運動會對這種結合產生怎樣的影響。

“免疫細胞和免疫分子如何感知病原體的許多方面仍然是未知的領域，現在我們有了這個新工具來幫助我們理解分子相互作用，”普利茲克分子工程學院分子工程副教授、發表在《自然方法》上的這篇新論文的共同資深作者黃俊（Jun Huang）說。

“科學家們經常使用生物材料來研究和操縱免疫系統，但我們已經開發出一種使用無機材料的方法，這是一個令人難以置信的未開發領域，這些材料的好處是，我們可以通過更多的方式改變它們的性質。”化學教授、另一位資深作者Bozhi Tian說。

草堆中的“T 細胞”

T細胞是一種白細胞，負責識別被樹突狀細胞處理過的外來病原體。樹突狀細胞是一種具有長分支臂的免疫細胞，能夠捕獲病原體并在其表面顯示病原體分子的碎片。人體內有數萬億個不同的T細胞，每個T細胞都有不同的T細胞受體，這些受體可以很好地識別樹突狀細胞上的致病分子(抗原)。

想要增強免疫系統對抗特定抗原的能力的研究人員通常想知道是什么T細胞識別了這種病原體。但是在數萬億的T細胞中找到精確的匹配就像大海撈針一樣。

該論文的第一作者之一Xiaodan Huang說:“人們已經開發出了一些方法，但它們大多依賴于T細胞受體是否與抗原結合。由于有些T細胞受體可以與抗原結合，但不會在細胞中引發強烈的免疫反應，因此我們知道這不是一個完美的替代品。”

以前研究T細胞的平臺也不能模擬物理力在樹突狀細胞和T細胞受體之間相互作用中的作用;它們通常依賴于分離的抗原，這些抗原的行為不像活的樹突細胞。

機器人樹突狀細胞

為了克服這些挑戰，研究人員設計了一個微型的樹突細胞機器人模擬器。機器人有一個旋轉的中心磁芯和六只由二氧化硅(大多數沙子的組成成分)制成的手臂，抗原可以附著在二氧化硅上。

Tian和Huang的實驗室小組使用已知的抗原-T細胞受體對來測試六足機器人的有效性。他們將抗原的副本放在所有六個臂上，然后將六足機器人浸入T細胞混合物中。即使匹配的T細胞少量存在于許多其他T細胞中，六足機器人也只結合正確的細胞。

該論文的第一作者之一Lingyuan Meng說:“我們對這個系統的良好運行感到非常高興。它能夠以如此高的準確度挑選出正確的T細胞，這超出了我們的預期。”

此外，研究小組還表明，他們可以分析與六足機器人結合的T細胞的免疫反應。例如，當兩種不同的T細胞與六足機器人結合時，它們可以確定哪一種導致更強的免疫活性。研究小組還發現，旋轉六足機器人施加的力比相同的T細胞與靜態抗原結合時產生更強的免疫反應。

Huang說:“我們現在想開始將這種方法應用于其他抗原，包括來自人類癌癥和病原體的抗原。有很多問題，包括基礎科學問題和臨床相關問題，都可以用這些六足機器人來探索。”

例如，六足機器人可以用來識別對某些抗原反應最強烈的T細胞。