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A microscope looks at immune cells drawn from blood, without staining them or taking them apart. In Madison, the Skala Lab at the Morgridge Institute used optical metabolic imaging to distinguish activated from quiescent individual immune cells in complex blood-cell samples—a result the team reports with 93% accuracy two hours after stimulation.
Un microscope observe des cellules immunitaires prélevées dans le sang, sans les colorer ni les désassembler. À Madison, le Skala Lab du Morgridge Institute a utilisé l’imagerie métabolique optique pour distinguer des cellules immunitaires individuelles activées de cellules quiescentes dans des échantillons complexes de cellules sanguines — un résultat que l’équipe annonce avec une précision de 93 % deux heures après la stimulation.
The cells were peripheral blood mononuclear cells, or PBMCs, a group made up predominantly of immune cells and already isolated in standard clinical workflows. Earlier metabolic measurements generally required researchers to separate cell types or add chemical labels. OMI instead directs two long-wavelength photons at the sample, exciting the natural fluorescence of products created by cell metabolism; the microscope can then read whether a cell is active or quiescent while leaving it intact.
Les cellules étaient des cellules mononucléées du sang périphérique, ou PBMC, un groupe composé principalement de cellules immunitaires et déjà isolé dans les procédures cliniques courantes. Jusqu’ici, les mesures métaboliques nécessitaient généralement que les chercheurs séparent les types cellulaires ou ajoutent des marqueurs chimiques. L’OMI dirige au contraire deux photons de grande longueur d’onde vers l’échantillon, ce qui excite la fluorescence naturelle des produits créés par le métabolisme cellulaire ; le microscope peut ensuite déterminer si une cellule est active ou quiescente tout en la laissant intacte.
The study, led by biomedical engineer Melissa Skala with Ph.D. student Jeremiah Riendeau, also reported 96% accuracy for quiescent monocytes, 88% for activated monocytes and 74% for natural killer cells in both states. The samples came from three human volunteers. Label-based methods can reach up to 100% accuracy, but they may harm the cells, while OMI allows the same sample to be monitored over time or used in later experiments.
L’étude, menée par l’ingénieure biomédicale Melissa Skala avec le doctorant Jeremiah Riendeau, fait également état d’une précision de 96 % pour les monocytes quiescents, de 88 % pour les monocytes activés et de 74 % pour les cellules tueuses naturelles dans les deux états. Les échantillons provenaient de trois volontaires humains. Les méthodes fondées sur le marquage peuvent atteindre une précision de 100 %, mais elles risquent d’endommager les cellules, tandis que l’OMI permet de suivre le même échantillon au fil du temps ou de l’utiliser dans des expériences ultérieures.
In practical terms, that preserved sample could help researchers and, eventually, clinical teams assess the fitness of immune cells before they are processed for treatments such as CAR T therapy, which engineers a patient’s own cells to fight certain cancers. It could also add functional information to the cell counts used in work on blood cancers, lupus, sepsis and cognitive decline. Those applications are prospective, not current clinical services.
Concrètement, cet échantillon préservé pourrait aider les chercheurs et, à terme, les équipes cliniques à évaluer l’état fonctionnel des cellules immunitaires avant leur préparation pour des traitements comme la thérapie CAR T, qui modifie les propres cellules du patient afin de combattre certains cancers. Cette approche pourrait aussi apporter des informations fonctionnelles aux comptages cellulaires utilisés dans les travaux sur les cancers du sang, le lupus, le sepsis et le déclin cognitif. Ces applications sont envisagées, et ne constituent pas des services cliniques disponibles à ce jour.
The remaining obstacle is access. Two-photon microscopes are not available in every laboratory, Riendeau says, so the Skala Lab and its collaborators are working to make the measurement more widely available and are pursuing commercialization. The team hopes to work with hospital collaborators to develop clinical applications; for now, the evidence comes from a laboratory study on donated human samples.
Le principal obstacle restant est l’accès à la technologie. Les microscopes à deux photons ne sont pas disponibles dans tous les laboratoires, explique Riendeau. Le Skala Lab et ses collaborateurs travaillent donc à rendre la mesure plus largement accessible et poursuivent sa commercialisation. L’équipe espère collaborer avec des hôpitaux pour développer des applications cliniques ; pour l’heure, les données proviennent d’une étude de laboratoire menée sur des échantillons humains donnés.