麻省理工學院（MIT）的生物工程師已經開發出一種簡單的方法來識別與病毒或細菌蛋白相互作用的B或T細胞。人體有數百萬個獨特的B和T細胞，它們在體內遊盪，尋找微生物入侵者。這些免疫細胞識別有害微生物的能力對於成功抵禦感染至關重要。
MIT的生物工程師現在已經設計出一種實驗工具，使他們能夠精確地挑選出特定免疫細胞與其目標抗原之間的相互作用。這項新技術使用工程病毒將許多不同的抗原呈現給巨大的免疫細胞群，可以對這種相互作用進行大規模篩選。
MIT生物工程副教授、MIT科赫綜合癌症研究所成員、該研究的資深作者Michael Birnbaum說：“這項技術引領了理解免疫的方式，更接近免疫系統本身的實際工作方式，將幫助研究人員理解各種疾病中複雜的免疫識別，並可能加速開發更有效的疫苗和免疫療法。”
麻省理工學院前研究生Connor Dobson是該論文的第一作者，該論文於4月8日發表在《自然-方法》（Nature Methods）上。
一個複雜系統的簡單篩選
B細胞和T細胞在啟動免疫反應中都發揮着關鍵作用。當T細胞遇到其目標時，它開始增殖，以產生一個相同的細胞“大軍”，可以攻擊被感染的細胞。而遇到目標的B細胞則開始產生抗體，幫助“招募”免疫系統的其他組成部分來清除感染。
研究免疫系統的科學家們有一些工具可以幫助他們識別特定的抗原-免疫細胞相互作用。然而，這些工具通常只允許研究暴露於一個B或T細胞的大量抗原，或遇到少量抗原的大量免疫細胞。
“在你的身體里，你有數百萬個獨特的T細胞，它們可以識別數十億種可能的抗原。”Birnbaum說：“到目前為止，所有已經開發出來的工具實際上都是為了一次查看這種多樣性的一個方面。”
MIT的團隊開始設計一種新的工具，使他們能夠同時篩選巨大的抗原和免疫細胞庫，使他們能夠在巨大的可能性範圍內挑選出任何特定的相互作用。
為了創造一種簡單的方法來篩選這麼多可能的相互作用，研究人員設計了一種特殊形式的慢病毒，這是一種科學家經常用來傳遞基因的病毒，因為它可以將DNA片段整合到宿主細胞中。這些病毒有一個叫做VSV-G的包膜蛋白，可以與許多類型的人類細胞（包括免疫細胞）表面的受體結合併感染它們。
在這項研究中，研究人員修改了VSV-G蛋白，使其不能單獨感染細胞，而是依靠研究人員選擇的一種抗原。只有當配對的抗原與識別該抗原的人類B細胞或T細胞受體結合時，這種改良版的VSV-G才能幫助慢病毒進入細胞。
一旦病毒進入，它就會將自己整合到宿主細胞的基因組中。因此，通過對樣本中所有細胞的基因組進行測序，研究人員可以同時發現感染細胞的病毒所表達的抗原以及允許它進入的T或B細胞受體的序列。
Birnbaum說：“通過這種方式，我們可以把病毒感染本身作為一種匹配的方式，然後確定抗原-免疫細胞的配對。”
確定的相互作用
為了證明他們技術的準確性，研究人員創建了一個病毒庫，其中的抗原來自100種不同的病毒，包括流感、巨細胞病毒和愛潑斯坦-巴爾病毒。他們針對大約40萬個T細胞對這些病毒進行了篩查，並表明該技術能夠正確地挑選出先前已經確定的抗原-細胞受體配對。
研究人員還針對43種抗原篩選了兩種不同的B細胞受體，包括來自HIV的抗原和SARS-CoV-2的刺突蛋白。
在未來的研究中，Birnbaum希望針對B和T細胞群篩選出成千上萬的抗原。他說：“我們的理想是篩選整個病毒或病毒家族，以便能夠在一次實驗中獲得整個免疫系統的讀數。”
在目前正在進行的一項研究中，Birnbaum的實驗室正與麻省理工學院Ragon研究所、麻省理工學院和哈佛大學的研究人員合作，研究不同人的免疫系統如何對艾滋病毒和SARS-CoV-2等病毒作出反應。這樣的研究可以幫助揭示為什麼有些人比其他人更能自然地抵禦某些病毒，並有可能導致開發出更有效的疫苗。
研究人員設想，這項技術還可以有其他用途。Birnbaum的實驗室現在正致力於改造同樣的病毒，將工程基因傳遞給目標細胞。在這種情況下，病毒將不僅攜帶一個目標分子，而且還攜帶一個新的基因，該基因將被專門納入具有正確目標的細胞中。例如，這可以提供一種方法，有選擇地將促進細胞死亡的基因送入癌細胞。
Birnbaum說：“我們建立這個工具是為了尋找抗原，但抗原並沒有什麼特別之處。你有可能用它來進入特定的細胞，以便為細胞和基因治療做基因修改。”