安光所基于微流控技术创建脓毒症患者预后评估新指标
时间：2024-09-09 作者：杨逍 杨柯
近日，安光所光电子技术研究中心生物医学光学研究室联合安徽医科大学第一附属医院，成功利用集成免疫细胞定位功能的微流控浓度梯度芯片，分析了脓毒症患者中性粒细胞和T淋巴细胞的趋化迁移行为，并提出了一种基于多维度免疫细胞趋化运动参数的脓毒症预后评估新方法。
脓毒症是许多感染性和非感染性疾病如烧伤、创伤、胰腺炎等的共同病理生理过程，其病死率高，治疗困难。全球每年约有2000万人罹患脓毒症，是儿科重症监护病房（ICU）的主要死亡病因。2016年世界危重症医学协会指出脓毒症的实质是机体在对抗病原或应激过程中所产生的免疫应答失控，从而导致的多脏器功能障碍。
所以，使用微流控免疫细胞分析新技术监测脓毒症患者免疫状态具有重要临床意义。集成化微流控技术能够快速分选细胞（如中性粒细胞和T淋巴细胞），并直接分析其生物物理功能（如迁移、吞噬、粘附、变形等）。其中，免疫细胞迁移是其参与炎症反应和免疫应答的关键过程，对脓毒症患者的免疫监测至关重要。研究免疫细胞迁移的规律和机制，有望为脓毒症的诊断和治疗提供新的思路和方法。
安光所研究团队利用微流控浓度梯度芯片监测发现：脓毒症患者与健康对照组的中性粒细胞的梯度感知时间、迁移距离、峰值速度、趋化指数、反向迁移率和停止迁移指数等多维参数存在显著差异。基于此，建立了微流控脓毒症中性粒细胞迁移功能综合评价指数，并发现该指数与脓毒症严重程度评估方法（SOFA和APACHE II）及常用生物标志物水平（hs-CRP和HBP）显著相关，且预测脓毒症死亡结局的特异性和敏感性分别达到了86.73%和86.71%，有望成为脓毒症诊断、病情评估和预后监测的有效新指标。相关成果以《整合6个基于微流控的中性粒细胞趋化迁移参数创建的脓毒症患者预后评估新指标》为题发表于微流控领域知名期刊Talanta。
安光所光电子技术研究中心博士生杨逍和安徽医科大学第一附属医院蒲雪雪博士为共同第一作者，杨柯副研究员和安医一附院邵敏教授为共同通讯作者。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.talanta.2024.126801
研究团队进一步发展了微流控脓毒症T细胞迁移功能分析方法，发现脓毒症患者T细胞迁移功能受损，且胞内NADH/NAD+水平明显升高；进一步实验发现脓毒症患者血浆微环境会上调健康T细胞NADH/NAD+水平，提示血浆微环境的变化可能导致T细胞以线粒体为主的产生呼吸链功能障碍；采用线粒体靶向药物MitoQ可以逆转异常的NADH/NAD+水平，并改善T细胞的迁移能力。该研究揭示了脓毒症患者T细胞功能受损与血浆微环境的改变相关，还提示MitoQ可作为脓毒症候选药物。相关成果以《D4芯片揭示脓毒症中T细胞功能受损：来自血浆微环境分析和线粒体靶向治疗的见解》为题发表于医学领域知名期刊SHOCK。
光电子技术研究中心硕士生刘利娟为第一作者，杨柯副研究员、邓国庆研究员、安徽大学任小欧副教授为共同通讯作者。安医一附院邵敏教授、省立儿童医院许愿愿教授等为论文合作者。论文链接：https://journals.lww.com/shockjournal/abstract/9900/d4_chip_reveals_impaired_t_cell_function_in.481.aspx
研究得到了国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会、安徽省自然科学基金以及医工融合医疗装备创新研究院培育项目的资助。
基于微流控技术创建脓毒症患者预后评估新指标相关原理图