学习表演等动物捕食者等寄生虫等T细胞的寄生虫
通过将对免疫系统功能的深入了解与对统计物理学的深刻理解相结合，宾夕法尼亚大学的一个跨学科团队得出了一个令人惊讶的发现:T细胞使用一种运动策略来追踪寄生虫，这种策略与猴子、鲨鱼和蓝鳍金枪鱼等捕食者捕猎猎物的策略类似。
随着这种新的洞察力进入免疫细胞运动模式，科学家将能够创建更精确的模型免疫系统功能反过来，这可能会通知新的方法将癌症与艾滋病毒/艾滋病对关节炎的疾病进行打击。
该研究涉及到资深作者Christopher Hunter实验室的独特合作，Christopher Hunter是宾夕法尼亚大学兽医学院病理生物学系的教授和主席，Andrea Liu是物理和天文系的赫本物理学教授。宾夕法尼亚大学兽医学院博士后研究员塔杰·哈里斯和物理学研究生爱德华·巴尼根也在这项研究中发挥了主要作用。
该研究将在期刊上发表自然在感染弓形虫的小鼠中进行。这种单细胞病原体是人类和动物感染的常见原因;世界上有三分之一的人口在大脑中有这种感染的休眠形式。然而，在免疫功能低下的个人，如那些携带艾滋病毒/艾滋病或正在器官移植，这种感染会有严重的后果，包括脑部炎症甚至死亡。
早些时候的工作表明T细胞- 一种关键的免疫细胞类型 - 预防T.Gondii引起的疾病是中央。在新的研究中，Penn研究人员使用受感染的小鼠作为自然模型系统，以了解T的运动细胞在大脑中影响身体控制这种感染的能力。
免疫学家普遍认为，免疫细胞的运动部分是由一种叫做趋化因子的蛋白质信号控制的。宾夕法尼亚大学领导的研究小组证实了一种特定的趋化因子CXCL10及其受体在弓形虫感染小鼠的大脑中大量产生。当CXCL10被阻断时，小鼠的T细胞更少，寄生虫负担更重，并积极繁殖寄生虫。
接下来，研究人员试图针对来自T.Gondii感染的小鼠的活组织中单个T细胞的确切运动模式。这是多光子成像，这是一种依赖于精制且强大的显微镜的技术，可以实时显示三维的活组织。使用这种方法，团队发现CXCL10似乎在T细胞能够搜索和控制感染的速度发挥作用。
在某种程度上，免疫学家本身认为T细胞运动模式，许多人认为它们以高度指导的方式移动以发现受感染的细胞。但是当研究人员分析T细胞的运动时，他们发现他们的数据与预期的数据不匹配：T细胞没有显示任何定向运动。
这就是刘和巴尼根统计物理专业知识的由来。
“我们研究了一种更完整的量化这些轨迹的方法，发现标准模型根本不适合，”刘说。“经过一些工作，我们终于找到了一款非常适合赛道的车型。”
“终于让我们走下了正确的道路的模型，”鲍吉纳说，“有一个非常有趣的东西的强烈签名，”一个被称为莱维斯的展望。
这种“走路”或数学上表现的道路往往有许多短的“步骤”和偶尔的长“跑步”。然而，该模型与数据没有完全一致。
“相反，我不得不看看Lévy走路模式的变化，”Banigan说，因为研究人员们还观察到T细胞在步骤和运行之间暂停。像细胞的运动一样，暂停通常很短，但偶尔会很长。
猎人比喻为一个人可能会在房子里找到错位钥匙的战略。
“当你失去钥匙时，你怎么去寻找它们？你看一下一段时间，然后搬到另一个地方，看看，”他说。
“这导致的是一种更有效的找到东西方式，”刘说。
事实上，当团队模仿全面的Lévy战略反对其他策略时，他们证实了Lévy的步行是一种更有效的技术来寻找罕见的目标。这对T细胞有意义，这必须在大多数正常组织的海中定位稀疏分布的寄生虫。
有趣的是，T细胞并不是唯一使用Lévy-type策略来寻找目标的细胞。一些食肉动物以类似的方式移动——许多短距离的移动点缀着偶尔的长距离移动——来寻找它们的猎物。这种策略似乎在金枪鱼、鲨鱼、浮游动物、海龟和企鹅等海洋食肉动物中特别常见，尽管蜘蛛猴和蜜蜂等陆地物种可能使用同样的方法来定位稀有资源。
这种与动物捕食者平行也有意义，因为寄生虫，如猎物物种，已经进化以逃避检测。
“许多病原体知道如何隐藏，所以T细胞无法直接移动到目标，”亨特说。“T细胞实际上需要进入一个区域，然后看看是否有任何东西。”
猎人注意到该模型也与癌症和其他免疫介导的疾病相关。
“而不是寻找寄生虫，这些T细胞可以寻找癌症细胞，”他说。通过了解控制T细胞运动的是什么，“您可能能够制定策略，使T细胞在找到这些细胞时更有效。”
在物理方面，虽然Lévy-Walk型号并不新鲜，但T细胞在其步骤之间暂停或运行的事实是在映射其他上下文中映射路径之前尚未识别的事实。
“从物理学的角度来看，有跑和暂停是一个新的模型，”刘说。“生物现象可以说明我们以前不会想到的事情。”
宾夕法尼亚大学的合作者们正致力于绘制其他细胞类型的轨迹，并将他们的发现归功于他们独特的伙伴关系。
塔杰·哈里斯说:“我们一直说，这项研究之所以能够进行，是因为(我们的物理学同事)有如此伟大的专业知识，而我们有自己独立的专业知识。”“他们抓住了和我们合作的机会，结果真的很有收获。”
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