常规血样包含了免疫系统活动的令人惊讶的详细记录。现在，科学家们已经展示了一种无需添加荧光染料或其他化学标记即可读取部分信息的方法。 这种方法研究免疫细胞内分子发出的自然光，使研究人员能够在单细胞水平上评估它们的新陈代谢。在实验中，该技术在刺激后两小时内就可以区分激活的免疫细胞和静止细胞，准确度约为 94%。根据 阅读 研究人员发表在《Biophotonics Discovery》上，利用自发荧光寿命成像来检查外周血单核细胞 (PBMC)，并在单细胞水平评估其代谢特征。 该技术依赖于天然细胞荧光，无需额外的荧光染料即可研究免疫细胞。
无色细胞读数
科学家通常使用荧光抗体和其他标记通过寻找特定的表面标记来识别免疫细胞。这些方法已经很成熟，但它们需要额外的试剂和制备步骤。它们还可以提供相对有限的关于单个细胞实际在做什么的信息。新方法走了一条不同的路。研究人员没有将荧光标记附着在细胞上，而是测量其自发荧光；细胞内分子自然产生的光。该技术基于光学代谢成像（OMI），它使用双光子显微镜来激发参与细胞代谢的天然荧光分子。然后研究人员测量荧光寿命，或者分子在恢复正常状态之前保持激发状态的时间。 这些测量可以提供有关细胞代谢状态的信息。由于这种方法依赖于细胞内已经存在的信号，因此研究人员可以在不引入外部染料的情况下检查它们。
分析了数千个细胞
研究人员使用从三名健康捐赠者获得的 PBMC 样本测试了该方法。 PBMC 含有几个重要的免疫细胞群，包括 T 细胞、B 细胞、单核细胞和自然杀伤 (NK) 细胞。 研究小组检查了数千个处于静止和激活状态的单个细胞。然后使用机器学习算法来确定图像捕获的代谢信息是否可以区分免疫细胞类型并确定细胞是否被激活。最显着的发现之一涉及静息细胞和活动细胞之间的差异。刺激后仅两小时，成像方法就能以约 94% 的准确度区分激活的 PBMC 和静止细胞。 这很重要，因为免疫激活可能涉及细胞代谢的快速变化。该方法可以提供有关其功能状态的信息，而不是确定存在哪些细胞。
不同的细胞释放不同的信号
研究人员还发现，个体免疫细胞群体具有特定的代谢模式。单核细胞是先天免疫系统的一部分，可以对威胁快速做出反应，在静息样本中检测的准确度为 96%，在激活后的检测准确度为 88%。 在静息和激活条件下，NK 细胞的识别准确度约为 74%。对于一些适应性免疫细胞来说，结果不太孤立。 T 细胞和 B 细胞在实验条件下表现出更多的代谢特征。这凸显了该技术的一个重要特征：细胞代谢可以作为传统标记物之外的额外信息来源。 性格相似的两个细胞不一定具有相同的代谢状态。
单细胞分析 揭示隐藏的变化
检查单个细胞还揭示了当研究人员将整个群体作为样本进行分析时会被忽视的差异。在相同的免疫细胞群中，一些细胞表现出相对较高的代谢活性，而另一些细胞则相对静止。质量测量结合了这些信号，有可能掩盖这些变化。相比之下，单细胞成像使研究人员能够看到一个细胞与另一个细胞之间的差异。这在研究免疫反应时特别有用，因为只有一部分细胞可以对刺激做出强烈反应。在不依赖荧光标记进行成像的情况下进行这些测量的能力可能具有基础研究之外的应用。 PBMC 已用于研究和临床过程，可作为免疫细胞治疗的起始材料。 评估细胞状况的非破坏性方法最终可以帮助研究人员在进一步处理之前评估细胞的质量或适用性。
免疫研究的潜力
研究人员警告说，该技术尚未取代现有的细胞检测方法。其准确性因免疫细胞群体而异，传统的荧光标记仍然是识别许多特定细胞类型的最有效方法。 它的优势在于其他方面：该方法提供单细胞分辨率的功能代谢信息，而不需要外部荧光标记。 这可能有助于现有方法研究免疫功能和细胞代谢发生改变的疾病，包括癌症和免疫性疾病。它对于细胞疗法的研究也可能很有价值，因为了解单个细胞的状态很重要。该研究表明光学成像不仅可以显示细胞如何移动。通过分析细胞代谢产生的自然荧光，研究人员可以揭示个体免疫细胞的行为方式，并检测与刺激后以令人惊讶的方式激活相关的代谢变化。