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免疫细胞与邻近的细胞商量做出决定

免疫细胞与邻近的细胞商量做出决定

许多人在做重大决定之前会征求朋友和邻居的意见。事实证明,细胞也在咨询它们在人体中的邻居。

科学家和医生们早就知道,免疫细胞会迁移到感染部位,人们会经历炎症——肿胀、红肿和疼痛。现在,西北大学和华盛顿大学的研究人员发现了新的证据,表明这种聚集不仅仅是免疫激活的结果。在决定免疫系统是否进入高速运转之前,免疫细胞会对周围的细胞进行计数。

了解如何影响炎症和激活免疫反应可能导致治疗慢性自身免疫性疾病或动员免疫系统帮助对抗癌症的新疗法。

西北大学的约书亚·伦纳德是这项研究的负责人之一,他说:“这是免疫功能之前未被发现的一个方面。”“细胞做出协调一致的决定。它们不会统一激活,而是共同决定有多少细胞会被激活,这样系统就可以一起抵御威胁,而不会做出危险的过度反应。”

“这项工作的关键部分依赖于开发新的计算模型来解释我们的实验,并阐明细胞是如何进行计算来做出连贯的决定的,”华盛顿大学的内达·巴格赫里(Neda Bagheri)说,他与伦纳德共同领导了这项工作。

这项研究将于2月13日发表在《自然通讯》杂志上。

伦纳德是西北大学麦考密克工程学院化学和生物工程副教授,也是西北大学合成生物学中心的成员。Bagheri是麦考密克大学化学和生物工程副教授,化学工程和生物学助理教授,华盛顿大学杰出的华盛顿研究基金会研究员。这篇论文的第一作者是西北大学跨学科生物科学研究生项目的研究生约瑟夫·马尔登(Joseph Muldoon),伦纳德和巴格赫里是他的共同顾问。

人体的免疫系统一直在努力维持一种微妙的平衡。当出现威胁时,系统需要做出足够强烈的反应来抵御感染或疾病,但又不能太过强烈以至于造成伤害。

“说到免疫反应,这就是生与死的区别,”伦纳德说。“如果你的身体对细菌感染反应过度,那么你可能死于感染性休克。如果你的身体没有足够的反应,那么你可能会死于猖獗的感染。保持健康需要身体在这两个极端之间取得平衡。”

伦纳德、巴格赫里和他们的团队希望更好地了解免疫系统是如何做出这类决定的。

“这特别有趣,因为免疫系统是去中心化的,”Muldoon说。“免疫细胞是需要协同工作的个体,《自然》杂志已经提出了一个解决方案,让它们能够达成一致。细胞到达不同的激活状态,但总的来说,这种方式校准了种群反应。”

为了探索这种现象,研究人员检测了巨噬细胞,这是一种免疫细胞,是对抗感染和疾病的第一道防线的一部分。他们观察了巨噬细胞对细菌产生的一种化学物质的反应——这是一种警告身体有感染存在的危险信号——使用技术使研究人员能够观察单个细胞随时间的反应。然后他们使用计算模型来帮助解释和解释这些观察结果。

Muldoon说:“随着时间的推移,这些细胞通过观察周围环境来感知它们的邻居。”每个细胞都准备好作为高激活剂或不作为。现在我们知道有一个额外的层控制着免疫系统,这为研究是否有新的免疫调节靶点开辟了一个全新的途径。”

研究人员认为,这些信息可以用来帮助设计更好的药物,并指导先进的细胞疗法工程。

伦纳德说:“生物学已经进化出了许多令人着迷和惊讶的方式来控制复杂的过程。”“作为合成生物学家,我们致力于让细胞发挥定制的治疗功能,比如激活肿瘤部位的局部免疫系统,而不是整个病人。理解自然的创新有助于我们想出新的设计,使我们成为更好的工程师。”

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