來自芝加哥大學普利茲克分子工程學院的黃俊研究了利用免疫療法治療疾病的創新方法。抗擊癌症的一種“新武器”已經出現，改變了治療格局。CAR T細胞療法在2017年首次被批准用於臨床，它用病人自己重新設計的免疫細胞攻擊癌症。它已被證明對某些形式的淋巴瘤非常有效。
它的成功反映了免疫療法的不斷擴展，這是一種促進或改變免疫系統以攻擊疾病的治療方法。CAR T細胞療法和其他類似藥物現在正在為對抗我們一些最具挑戰性的疾病提供新的希望。
然而，開發這些治療方法之所以可行，是由於那些致力於提高我們對免疫系統認識的科學家。芝加哥大學普利茲克分子工程學院的分子工程副教授黃俊就是這樣一位研究人員。利用新的、高度先進的工具，他的工作可能會產生深遠的影響，不僅對癌症的治療，而且對治療感染和自身免疫力有更廣泛的影響。
新的理解導致了新的治療方法
黃俊的工作被描述為具有生物工程傾向的分子免疫學。他研究免疫系統背後的基本機制，特別關注T細胞（一種白血球）。他和他的團隊利用先進的顯微鏡、定製設計的工具和聰明才智的結合，在分子水平上研究免疫學，並應用這些知識來創造新的治療方法。
目前，黃俊已經應用他的研究開發了捕捉和殺死冠狀病毒的微觀陷阱，解決了長期以來關於細胞代謝的未解之謎，開發了可用於疫苗開發的新機器學習分子成像管道，並創造了識別CAR T細胞的變革性技術。每取得一項進展，黃俊就更接近他在2009年博士后培訓期間設定的目標。
他說：“我想治癒癌症和艾滋病毒–這兩種我們還不能征服的主要疾病。大多數人自然會認為它們是非常不同的疾病。但對我們來說，治療這兩種疾病可能是一個T細胞問題。艾滋病病毒感染CD4 T細胞並癱瘓人類免疫系統，而腫瘤的微環境促使T細胞功能失調並抑制T細胞對癌細胞的殺傷。如果我們能夠有效地恢復T細胞功能，我們也許能夠治療這兩種疾病，儘管它們的性質不同。”
免疫系統是人體中最複雜的系統之一。在該系統中，數十億大小隻有幾微米的高度專業化的細胞一起工作，以抵禦不斷湧現的病原體–如病毒和細菌。由於發生了這麼多事情，研究人員還沒有弄清我們免疫系統的一些更複雜的機制。以CAR T細胞療法為例，我們並不完全了解為什麼它對某些形式的癌症有效，而對其他形式的癌症無效。
黃俊旨在通過使用多種最先進的技術和定製的內部設備在分子水平上研究免疫細胞來填補我們理解上的空白。他的成果已經為細胞研究打開了新的大門。
2020年5月，黃俊的實驗室結合公開可用的軟件和機器學習技術，創建了一個分析格子光片顯微鏡數據的管道。格子光片顯微鏡提供高分辨率的細胞三維視頻。黃俊的管道，格子光片顯微鏡多維分析（LAMDA），有效地壓縮了格子光片顯微鏡產生的大量數據，使研究人員能夠使用單個分子作為數據點。LaMDA可以有許多醫學應用，如藥物測試和疫苗開發，此外還可以擴大T細胞生物學的知識。
2021年6月，黃俊和他的團隊利用基因編碼的生物傳感器、機器學習和超分辨率顯微鏡的組合，在分子水平上直觀地觀察糖酵解–細胞代謝葡萄糖的過程。他們發現，當細胞移動和收縮時，它們會消耗更多的能量，並通過一個以前未知的受體攝取葡萄糖–這兩種見解都可以進一步研究廣泛的疾病。例如，如果醫生能夠抑制肺內皮細胞的糖酵解，他們可以減少COVID-19患者的急性呼吸道綜合症的影響。
黃俊認為機器學習將是推進我們對免疫系統理解的核心，幫助像他這樣的研究人員處理超分辨率成像產生的大量數據。在談到他的工作時，黃俊指出他的工具提供了一種達到目的的手段–他追求技術不是為了技術本身，而是為了回答關於免疫學的問題，最終開發出有用的治療方法。這是他在博士后培訓期間形成的一種理念。
“我在一個免疫學實驗室工作，有很多與醫學博士和醫學博士/博士的合作，”黃俊說。“這種經歷改變了我的思維方式。它使我想到，‘醫生們實際上認為什麼是重要的？病人真正需要什麼？我們怎樣才能把基礎科學、基礎研究與之聯繫起來？’作為一名工程師，這是我想做的事情。”
當新冠大流行首次出現時，各地的研究人員將注意力轉向解決這一危機。對於黃俊和他的團隊來說，這是一個將他們對免疫學的高級研究應用於新威脅的機會。儘管他們之前沒有研究過COVID-19，但免疫學研究的本質是可以迅速適應新出現的疾病。在這種情況下，研究人員將他們對外泌體的研究轉向SARS-CoV-2，外泌體是由癌細胞分泌的抑制免疫系統的小囊泡。該團隊相信他們可以利用同樣的機制來對抗導致COVID的病毒。
博士後學者陳敏和研究生吉爾-羅森伯格領導了這個項目，他們首先調查了SARS-CoV-2背後的結合機制，其表面的刺突蛋白與人類細胞上的ACE2受體蛋白結合。
然後，該團隊設計了表面帶有高密度ACE2蛋白的納米顆粒，創造了一個任何病毒都無法抗拒的細胞誘惑。他們還在設計中加入了中和抗體，以便一旦病毒被捕獲，身體的免疫細胞將迅速吞噬並摧毀這個陷阱，包括病毒和所有的病毒。
在小鼠模型中進行的早期測試表明，這種陷阱能有效地遏制和消除病毒。然後，他們用兩個捐贈的人類肺部連接到一個灌注裝置和呼吸機來測試這些陷阱。他們發現，納米陷阱能夠完全阻止病毒感染肺部。
該團隊現在正在研究如何將他們的納米陷阱應用於該病毒的其他變種，並已開始與製藥公司談判，以獲得該技術的許可。
從基礎科學到臨床治療，黃俊和他的團隊開發的納米陷阱代表了其研究的潛力。展望未來，黃俊計劃在其免疫學研究中採用更多的技術，並開發免疫療法。黃俊希望通過這樣的技術，有朝一日能夠實現他多年前設定的目標。