Immune function at the level of single cells and molecules
- Reference number
- F06-0020
- Start and end dates
- 080301-131231
- Amount granted
- 8 500 000 SEK
- Administrative organization
- KTH - Royal Institute of Technology
- Research area
- Life Sciences
Summary
T and NK cell mediated immunity are complex phenomena, based on cell populations which are heterogenous with respect to receptor expression, activation threshold and effector functions. In order to understand natural and drug targeted immune regulation, we will develop and employ novel methods, based on nanotechnology, fluorescence microscopy and image analysis, in studies of immune cell function and activity at the single cell level. Unlike most immunological setups, which have read-outs based on population averages, this research offers insight into how the integrated dynamics of many individual cells add up to give the properties of a population. This approach provides means to study the behaviour of small sub-populations of cells and their response to treatment with drugs, monoclonal antibodies or siRNA. The goal of this project is to develop assays that can be used in academic research, hospitals or in pharmacological industry for immune cell diagnostics, applications within personalised medicine, cellular therapy and generation of new vaccines. In addition, we will also study membrane nanotubes, which has been shown to mediate molecular transfer and signalling between distal cells. In particular we will investigate if nanotubular networks could be exploited by pathogens for intercellular spread. Such a pathway of transmission is of outstanding importance since it may sidestep current therapeutic strategies, e.g. treatment with monoclonal antibodies or vaccination.
Popular science description
T celler och NK (natural killer) celler är viktiga för kroppens fösvar mot tumörer och infektioner. En individs uppsättning T och NK celler är heterogena med avseende på bl.a. vilka och hur många receptorproteiner som uttrycks på cellytan. Det betyder att celler har olika specificitet, selektivitet, tröskel för aktivering, etc. I de flesta experiment som utförs används stora populationer av celler och de resultat som erhålls är därmed ett medelvärde av aktiviteten hos miljontals celler. Samtidigt kan komplikationer uppkomma genom att subpopulationer av immunceller uppträder onormalt, aktiveras av kroppsegna celler (autoimmunitet) eller saknas helt och hållet. För att få en bättre bild av immunförsvaret som helhet så är det viktigt att förstå hur den individuella responsen hos enskilda celler läggs ihop till att ge populationen dess egenskaper. I det här projektet vill vi implementera metoder som gör det möjligt att effektivt studera funktionen hos enskilda celler. Dessa metoder bygger på en kombination av nanoteknologi, automatiserad fluorescensmikroskopi och bildanalys. Några av frågeställningarna vi har är: 1) Vilka mekanismer styr hur NK celler ”utbildas” för att hitta rätt balans mellan att bekämpa virus men inte kroppsegna celler? 2) Hur integrerar NK celler de signaler som medieras av receptorproteiner på cellytan för lämplig immunrespons? 3) Kan vi utveckla en metod för isolering av specifika T cells kloner? Redan från start förväntar vi oss att den här delen av projektet ska generera ny kunskap om hur NK och T celler fungerar, vilket bl.a. kan ge ökad förståelse för faktorer som reglerar effekten av benmärgstransplantation hos leukemipatienter. I ett lite längre perspektiv vill vi utveckla metoder som kan avändas för immuncellsdiagnostik, cellterapi och framställning av nya vaccin. Inom projektet vill vi även studera funktionen av s.k. membran-nanotuber, vilka har visats kunna fungera som kommunikationskanaler mellan celler. Det innebär att celler skulle kunna bilda supracellulära strukturer för effektiv överföring och transport av t.ex. lipidvesiklar eller organeller. Samtidigt som supracellulära nätverk kan effektivisera spridning av nyttoämnen så kan det också göra organismen sårbar eftersom nätverket skulle kunna utnyttjas av patogen. I den här delen av projektet vill vi undersöka om virus kan spridas via membran-nanotuber. En sådan mekanism skulle vara av stor betydelse eftersom det i så fall skulle krävas helt nya behandlingsstrategier.