《Nature Biomedical Engineering》：Leveraging tissue-resident memory T cells for non-invasive immune monitoring via microneedle skin patches
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傳統免疫監測依賴血液分析，但難以檢測低頻、分散分布的抗原特異性淋巴細胞。為此，研究人員開展了一項“利用組織駐留記憶T細胞進行無創免疫監測”的研究。他們開發了一種策略，通過皮膚內抗原再刺激預先建立的TRM細胞，利用其“警報”功能募集循環中的抗原特異性免疫細胞至皮膚局部，再應用水凝膠涂層微針貼片進行無創采樣。在小鼠和人體研究中，該方法成功回收了數千個活體抗原特異性淋巴細胞和多種免疫細胞，實現了對局部和系統抗原特異性免疫應答的高效監測，為疫苗、感染、癌癥和自身免疫病等領域的免疫監測提供了強有力的新平臺。
想要了解人體接種疫苗后免疫系統的工作情況，或是監測癌癥、自身免疫病患者的免疫狀態，科學家和醫生們通常需要抽取血液進行分析。然而，這種方法存在一個顯著的“盲區”：那些真正在感染、腫瘤或炎癥組織中發揮作用的、具有抗原特異性的免疫細胞（特別是T細胞），在血液中不僅數量稀少，而且常常“行蹤不定”，傳統檢測方法難以捕捉。這使得我們難以全面、精準地評估免疫反應，無論是疫苗效果、疾病進展還是治療應答。
為了打開這扇觀測免疫系統的“新窗口”，來自美國麻省理工學院等機構的研究團隊在《自然-生物醫學工程》雜志上發表了一項創新性研究。他們巧妙地將微創的“微針貼片”技術與免疫學中關鍵的“組織駐留記憶T細胞”功能相結合，開發了一種全新的無創免疫監測平臺。這項研究旨在解決傳統血液免疫監測的瓶頸，通過非侵入性的方式，高效獲取皮膚局部的、富含抗原特異性信息的免疫細胞，從而透視全身性的免疫應答。
為開展這項研究，研究人員運用了多項關鍵技術。他們首先優化了微針貼片的制備，采用聚乳酸熔融模塑法制作微針陣列，并篩選了不同分子量和古洛糖醛酸/甘露糖醛酸（G/M）比的海藻酸鈉水凝膠涂層，以最大化細胞遷移和采樣效率。研究在小鼠模型中建立了免疫模型，通過皮下免疫卵清蛋白（OVA）及脂質-CpG佐劑，并在特定皮膚部位進行皮內注射以誘導和召回組織駐留記憶T細胞（TRM）。他們利用光轉換KikGR轉基因小鼠結合抗LFA-1抗體阻斷實驗，追蹤了被采樣細胞的來源（局部駐留 vs. 循環募集）。此外，研究還包括了基于SIV表位的mRNA疫苗模型，以驗證平臺對病毒抗原特異性T細胞的監測能力。在人體研究中，研究團隊在機構審查委員會（IRB）批準的協議下，招募志愿者測試了微針貼片的耐受性，并對一名患有SADBE誘導的過敏性接觸性皮炎的患者進行了案例研究，比較了微針采樣與傳統抽吸水皰法的效果。對采樣回收的細胞，研究通過流式細胞術進行免疫表型分析和抗原特異性檢測（如MHC-四聚體染色），并對間質液進行了多重酶聯免疫吸附測定（ELISA）和Olink蛋白質組學分析，以評估局部細胞因子/趨化因子環境。
水凝膠涂層最大化細胞遷移，增強微針貼片的細胞采樣能力
研究人員首先對微針貼片本身進行了優化。他們此前開發的貼片由聚乳酸制成，針尖涂有海藻酸鈉和蔗糖形成的水凝膠采樣層。通過系統比較四種不同物理性質的海藻酸鈉，他們發現，具有較高G/M比和較低分子量的SLG20海藻酸鈉制備的涂層，在體外能支持T細胞以更高的速度和軌跡長度遷移，在體內能更有效地吸收間質液并保留更多細胞。因此，后續研究均采用優化后的SLG20涂層貼片。
刺激局部組織駐留記憶T細胞可增強皮膚微針貼片的細胞采樣
這是研究的核心發現。團隊提出假設：可以預先在皮膚特定部位誘導抗原特異性TRM細胞，之后通過皮內再注射相同抗原（“TRM召回”）來重新激活這些細胞。被激活的TRM會發出“警報”，釋放趨化因子，將循環中具有相同抗原特異性的T細胞大量募集到該皮膚部位，從而極大提高微針貼片在該處采樣的細胞數量和抗原特異性。在小鼠OVA疫苗接種模型中的實驗完美驗證了這一設想。與未建立TRM或僅建立但未召回的對照組相比，進行TRM召回后，微針貼片回收的活細胞總數、CD4+和CD8+T細胞數量，尤其是OVA特異性CD8+T細胞數量，實現了數倍到數十倍的顯著增長。對采樣時間點的探索發現，在TRM召回后第6天應用貼片18小時，可獲得最佳的細胞回收效果。
從TRM刺激皮膚回收的T細胞反映了循環抗原特異性免疫應答
一個關鍵問題是：貼片回收的細胞是局部增殖的TRM，還是從血液循環中新募集而來的？為了解答這個問題，研究使用了光轉換KikGR小鼠。通過紫外線在TRM召回前標記皮膚局部細胞，可以區分采樣時已在皮膚（被標記為紅色+綠色）和從血液中新來（僅綠色）的細胞。實驗結果顯示，在TRM召回條件下，絕大多數回收的T細胞，包括抗原特異性CD8+T細胞，都是僅呈綠色的“新來者”。進一步的證據來自淋巴細胞功能相關抗原-1（LFA-1）阻斷實驗：在TRM召回期間系統性給予抗LFA-1抗體，顯著減少了回收的T細胞數量。這些數據強有力地證明，TRM召回策略確實能夠有效地將循環中的抗原特異性T細胞募集到皮膚局部，從而使微針采樣能夠“窺見”系統性的免疫應答。
利用采樣微針揭示TRM驅動的病毒特異性T細胞反應
為了驗證該平臺對真實病原體抗原的監測能力，研究轉向了SIV（猴免疫缺陷病毒）mRNA疫苗模型。接種一次SIV mRNA疫苗的小鼠，其脾臟中僅能檢測到極低頻率的抗原特異性T細胞。然而，在皮膚部位進行相應肽段（CL9）的TRM誘導和召回后，微針貼片成功回收了顯著增多的CL9特異性CD8+T細胞。重要的是，與標準血液采樣（100 μL）和臨床標準的皮膚穿刺活檢（6 mm）相比，微針貼片在TRM召回后回收的活體抗原特異性T細胞數量更多。這證明了該平臺在監測真實病原免疫應答中的高效性和優勢。
追蹤人體過敏性接觸性皮炎中的TRM細胞和細胞因子
最后，研究將平臺推向人體應用。首先在健康志愿者中證明了優化后的人用微針貼片（4 cm2，400根針）具有良好的安全性和耐受性。隨后，在一名由SADBE誘導的過敏性接觸性皮炎患者身上進行了概念驗證研究。比較了患者初次接觸SADBE（無召回）、再次接觸（TRM召回）以及未病變皮膚的情況。結果顯示，在TRM召回部位，微針貼片在第4天回收的CD4+、CD8+T細胞以及表達組織駐留標記（CD69/CD103）的TRM細胞數量顯著多于無召回部位和正常皮膚。與研究中并行的傳統抽吸水皰法相比，微針貼片回收的細胞中免疫細胞（CD45+）比例更高，而水皰法回收的則主要是角質形成細胞等非免疫細胞。對間質液的蛋白質組學分析進一步顯示，TRM召回部位與T細胞歸巢和激活相關的細胞因子（如CXCL9, CXCL10, IFNγ, IL-17A等）水平隨時間升高。這證明微針貼片能無創、縱向地監測人體皮膚炎癥過程中的免疫細胞和分子動態。
結論與討論
這項研究成功地將微針貼片技術與TRM細胞的生物學功能相結合，創立了一個高效、無創的免疫監測新平臺。其核心創新在于，不是被動地采樣皮膚中既有的少量細胞，而是主動地利用TRM細胞的“警報”功能，將循環中難以檢測的稀有抗原特異性T細胞“召集”到皮膚特定位置，再通過微針貼片進行“集中捕獲”。這種方法極大地放大了信號，使得對系統性和局部抗原特異性免疫應答的監測變得前所未有的靈敏和便捷。
研究的意義是多方面的。在優化技術上，團隊發現并證實了特定理化性質（高G/M比、低分子量）的海藻酸鈉水凝膠能最優地促進細胞遷移和采樣，為生物材料設計提供了新見解。在策略創新上，該平臺無需在貼片內加載抗原/佐劑，具有“抗原通用性”，大大簡化了制備流程并拓寬了應用場景。無論是評估疫苗接種效果、監測病毒感染或腫瘤免疫治療應答，還是研究過敏性皮炎、白癜風等皮膚免疫性疾病，該平臺都展現出巨大潛力。與活檢或抽吸水皰等有創方法相比，微針貼片幾乎無痛、不留疤痕、患者接受度高，特別適合兒童、老年人等脆弱人群的縱向、重復采樣，甚至為未來遠程、家庭化免疫監測奠定了基礎。
當然，該技術在實際廣泛應用前仍需進一步探索，例如在不同解剖部位、不同皮膚類型、免疫功能低下個體中的適用性，以及多次TRM召回對局部免疫環境的長期影響等。未來的發展方向可能包括開發柔性貼片以適應身體曲面、集成原位傳感元件以實現實時檢測，以及探索在黏膜或腫瘤部位應用的可能性。總之，這項研究為免疫學研究和臨床免疫監測打開了一扇全新的窗戶，預示著一個更精準、更便捷、更人性化的免疫評估時代的到來。
