宾夕法尼亚州立大学的科学家们开发出一种基于气泡的创新方法，用于观察免疫细胞的活动。巨噬细胞是免疫系统中微小但不可或缺的细胞，有望用于多种健康状况的细胞疗法。要充分挖掘巨噬细胞疗法的潜力，取决于我们观察它们在体内活动的能力。现在，宾夕法尼亚州立大学的研究人员有可能开发出一种方法来监测这些细胞的活动。

纳米级别的气泡让巨噬细胞在超声波图像中从同类细胞中脱颖而出。图片来源：Jennifer M. McCann/材料研究所/宾夕法尼亚州立大学

研究细节和巨噬细胞的重要性

在发表于《Small》杂志的一项研究中，宾夕法尼亚州立大学的研究人员报告了一种新颖的超声波成像技术，这种技术可以连续观察哺乳动物组织中的巨噬细胞，将来有可能应用于人体。

"巨噬细胞是一种免疫细胞，在免疫系统的几乎所有功能中都很重要，从检测和清除病原体到伤口愈合，"通讯作者、生物医学工程系威廉和温迪-科布早期职业副教授斯科特-梅迪纳（Scott Medina）说。"它是免疫系统的一个组成部分，是两种免疫类型的真正桥梁：先天性免疫和适应性免疫，前者对事物的反应非常快，但不是很精确；后者的启动要慢得多，但反应要精确得多。"

巨噬细胞能调节人体免疫反应的这两个分支，帮助人体实现抗感染和组织再生等功能。另一方面，它们也有助于调解与损伤和糖尿病、类风湿性关节炎等疾病有关的炎症。梅迪纳认为，这些细胞可以被利用并应用于治疗癌症、自身免疫性疾病、感染和受损组织等疾病。这种疗法将涉及分离、改造和/或工程化巨噬细胞，以增强其抗击疾病、控制免疫反应和促进组织修复的特性。

梅迪纳说："如果我们能对这些细胞在体内的活动进行实时可视化，那么我们就能对疾病如何发展、愈合如何发生了解很多。这将让我们看到细胞在体内的活动，因为现在，我们只能把细胞从体内取出，看看它们在培养皿中的活动，而这与我们在体内看到的行为是不一样的。"

超声成像技术

研究人员转而使用超声波成像技术，这是一种观察人体内部组织的常用技术。然而，仅使用超声波，巨噬细胞就会与它们的同伴细胞混在一起。

许多家庭厨师都知道，乳剂是悬浮在醋或水等液体中的油滴混合物，用来制作沙拉酱；纳米乳剂则是指这些油滴非常微小，直径仅为纳米。梅迪纳说："在超声波成像中，巨噬细胞基本上是隐形的，因为你无法区分这些细胞相对于我们组织中所有其他细胞的位置。它们的行为都是一样的，所以你无法真正看到特定的细胞。我们必须创造一种所谓的造影剂，一种可以给我们感兴趣的细胞贴上标签的东西，然后提供一些不同于背景的图像对比度。这就是这些纳米乳剂的用武之地"。

研究人员利用纳米乳液制造出更有弹性的气泡。气泡能非常有效地反射超声声波；但是，如果有人将气泡注射到病人体内，效果并不好，因为气泡很快就会破裂。

生物医学工程博士后、该研究的第一作者 Inhye Kim 说："我们需要一种方法，让气泡在成像时形成，而不是在成像前形成，同时让这些气泡尽可能长时间地存在。"

研究人员将纳米乳液液滴引入细胞，细胞将其内化。在超声波的作用下，液滴发生了相变，变成了气体，从而产生了气泡。超声波产生的压力促进了这种变化，超声波在振荡时对液滴进行推拉，利用压力迫使液滴沸腾，使其汽化并变成气泡。

梅迪纳说："这类似于在科罗拉多州等海拔较高的地方，水会以较低的温度沸腾，因为阻止它沸腾的压力较小。我们通过超声波对液滴施加压力，在我们希望它沸腾的时候有效地让它沸腾，这样它就会汽化并形成气泡。"

研究结果和未来应用

他们在猪的组织样本中测试了这种新技术，发现巨噬细胞的成像很有效。梅迪纳说，通过这种方法，研究人员可以连续观察免疫细胞在体内的活动，从而更好地了解免疫系统是如何调节的，以及它在抗击疾病中的作用。除此之外，这种方法还有助于将来为病人开发更好的免疫细胞疗法。例如，对于肿瘤患者来说，这项研究可以使巨噬细胞疗法更加有效，副作用更小、更轻。

研究的下一步包括探索将这种技术用于人体内其他类型免疫细胞可视化的可能性，或用于监测动脉斑块的堆积情况。此外，研究人员还在寻求合作者来推进这项技术。

研究人员希望能与免疫学研究领域其他有特殊兴趣并可能发现这项技术有用的人合作，对进一步的合作和应用持开放态度。