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六足异质结构的 T 细胞识别的多模式探测。

Multimodal probing of T-cell recognition with hexapod heterostructures.

机构信息

Pritzker School of Molecular Engineering, University of Chicago, Chicago, IL, USA.

Department of Chemistry, University of Chicago, Chicago, IL, USA.

出版信息

Nat Methods. 2024 May;21(5):857-867. doi: 10.1038/s41592-023-02165-7. Epub 2024 Feb 19.

DOI:10.1038/s41592-023-02165-7
PMID:38374262
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11723587/
Abstract

Studies using antigen-presenting systems at the single-cell and ensemble levels can provide complementary insights into T-cell signaling and activation. Although crucial for advancing basic immunology and immunotherapy, there is a notable absence of synthetic material toolkits that examine T cells at both levels, and especially those capable of single-molecule-level manipulation. Here we devise a biomimetic antigen-presenting system (bAPS) for single-cell stimulation and ensemble modulation of T-cell recognition. Our bAPS uses hexapod heterostructures composed of a submicrometer cubic hematite core (α-FeO) and nanostructured silica branches with diverse surface modifications. At single-molecule resolution, we show T-cell activation by a single agonist peptide-loaded major histocompatibility complex; distinct T-cell receptor (TCR) responses to structurally similar peptides that differ by only one amino acid; and the superior antigen recognition sensitivity of TCRs compared with that of chimeric antigen receptors (CARs). We also demonstrate how the magnetic field-induced rotation of hexapods amplifies the immune responses in suspended T and CAR-T cells. In addition, we establish our bAPS as a precise and scalable method for identifying stimulatory antigen-specific TCRs at the single-cell level. Thus, our multimodal bAPS represents a unique biointerface tool for investigating T-cell recognition, signaling and function.

摘要

在单细胞和整体水平上使用抗原呈递系统的研究可以为 T 细胞信号转导和激活提供互补的见解。尽管对于推进基础免疫学和免疫疗法至关重要,但缺乏既能在这两个层面上研究 T 细胞,又能进行单分子级操控的合成材料工具包。在这里,我们设计了一种用于单细胞刺激和 T 细胞识别整体调节的仿生抗原呈递系统(bAPS)。我们的 bAPS 使用由亚微米立方赤铁矿核心(α-FeO)和具有不同表面修饰的纳米结构二氧化硅分支组成的六足异构结构。在单分子分辨率下,我们展示了负载有单个激动肽的主要组织相容性复合物对 T 细胞的激活;结构相似的肽之间只有一个氨基酸的差异,TCR 会产生不同的反应;与嵌合抗原受体(CAR)相比,TCR 具有更高的抗原识别灵敏度。我们还证明了磁场诱导的六足旋转如何增强悬浮 T 细胞和 CAR-T 细胞的免疫反应。此外,我们将 bAPS 确立为一种在单细胞水平上识别刺激抗原特异性 TCR 的精确和可扩展的方法。因此,我们的多模态 bAPS 代表了一种用于研究 T 细胞识别、信号转导和功能的独特生物界面工具。

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