賓州州立大學的科學家們開發出一種基於氣泡的創新方法，用於觀察免疫細胞的活動。巨噬細胞是免疫系統中微小但不可或缺的細胞，預計將用於多種健康狀況的細胞療法。要充分挖掘巨噬細胞療法的潛力，取決於我們觀察它們在體內活動的能力。現在，賓州州立大學的研究人員有可能開發出一種方法來監測這些細胞的活動。

奈米等級的氣泡讓巨噬細胞在超音波影像中從同類細胞中脫穎而出。圖片來源：Jennifer M. McCann/材料研究所/賓州州立大學

研究細節和巨噬細胞的重要性

在發表於《Small》雜誌的一項研究中，賓州州立大學的研究人員報告了一種新穎的超音波成像技術，這種技術可以連續觀察哺乳動物組織中的巨噬細胞，將來有可能應用於人體。

“巨噬細胞是一種免疫細胞，在免疫系統的幾乎所有功能中都很重要，從檢測和清除病原體到傷口癒合，”通訊作者、生物醫學工程系威廉和溫迪-科布早期職業副教授斯梅迪納（Scott Medina）說。「它是免疫系統的一個組成部分，是兩種免疫類型的真正橋樑：先天性免疫和適應性免疫，前者對事物的反應非常快，但不是很精確；後者的啟動要慢得多，但反應精確得多。”

巨噬細胞能調節人體免疫反應的這兩個分支，幫助人體達到抗感染和組織再生等功能。另一方面，它們也有助於調解與損傷和糖尿病、類風濕性關節炎等疾病有關的發炎。梅迪納認為，這些細胞可以被利用並應用於治療癌症、自體免疫疾病、感染和受損組織等疾病。這種療法將涉及分離、改造和/或工程巨噬細胞，以增強其對抗疾病、控制免疫反應和促進組織修復的特性。

梅迪納說：”如果我們能對這些細胞在體內的活動進行即時可視化，那麼我們就能對疾病如何發展、癒合如何發生了解很多。這將讓我們看到細胞在體內的活動，因為現在，我們只能把細胞從體內取出，看看它們在培養皿中的活動，而這與我們在體內看到的行為是不一樣的。”

超音波成像技術

研究人員轉而使用超音波成像技術，這是一種觀察人體內部組織的常用技術。然而，僅使用超音波，巨噬細胞就會與它們的同伴細胞混在一起。

許多家庭廚師都知道，乳劑是懸浮在醋或水等液體中的油滴混合物，用來製作沙拉醬；奈米乳劑則是指這些油滴非常微小，直徑僅為奈米。梅迪納說：”在超音波成像中，巨噬細胞基本上是隱形的，因為你無法區分這些細胞相對於我們組織中所有其他細胞的位置。它們的行為都是一樣的，所以你無法真正看到特定的細胞。我們必須創造一種所謂的造影劑，一種可以給我們感興趣的細胞貼上標籤的東西，然後提供一些不同於背景的圖像對比度。這就是這些奈米乳劑的用武之地” 。

研究人員利用奈米乳液製造出更有彈性的氣泡。氣泡能非常有效地反射超音波聲波；但是，如果有人將氣泡注射到病人體內，效果並不好，因為氣泡很快就會破裂。

生物醫學工程博士後、該研究的第一作者Inhye Kim 說：”我們需要一種方法，讓氣泡在成像時形成，而不是在成像前形成，同時讓這些氣泡盡可能長時間地存在。”

研究人員將奈米乳液液滴引入細胞，細胞將其內化。在超音波的作用下，液滴發生了相變，變成了氣體，從而產生了氣泡。超音波產生的壓力促進了這種變化，超音波在振盪時對液滴進行推拉，利用壓力迫使液滴沸騰，使其汽化並變成氣泡。

梅迪納說：”這類似於在科羅拉多州等海拔較高的地方，水會以較低的溫度沸騰，因為阻止它沸騰的壓力較小。我們透過超音波對液滴施加壓力，在我們希望它沸騰的時候有效地讓它沸騰，這樣它就會汽化並形成氣泡。”

研究結果與未來應用

他們在豬的組織樣本中測試了這種新技術，發現巨噬細胞的成像很有效。梅迪納說，透過這種方法，研究人員可以連續觀察免疫細胞在體內的活動，從而更好地了解免疫系統是如何調節的，以及它在對抗疾病中的作用。除此之外，這種方法也有助於未來為病人開發更好的免疫細胞療法。例如，對於腫瘤患者來說，這項研究可以使巨噬細胞療法更有效，副作用更小、更輕。

研究的下一步包括探索將這​​種技術用於人體內其他類型免疫細胞可視化的可能性，或用於監測動脈斑塊的堆積情況。此外，研究人員也正在尋求合作者來推進這項技術。

研究人員希望能與免疫學研究領域其他有特殊興趣並可能發現這項技術有用的人合作，對進一步的合作和應用持開放態度。