文章来源：麻省理工学院官方网站

在任何给定时间，数以百万计的T细胞在整个人体中循环，寻找潜在的入侵者。这些T细胞中的每一个都具有不同的T细胞受体，该受体专门用于识别外来抗原。

为了更容易理解T细胞大军如何识别它们的靶标，麻省理工学院副教授迈克尔·伯恩鲍姆（Michael Birnbaum）开发了一种工具，可用于同时研究大量这些相互作用。

破译这些相互作用最终可以帮助研究人员找到重新编程T细胞以靶向特定抗原的新方法，例如在癌症患者肿瘤中发现的突变。

“T细胞在识别什么和做什么方面是如此多样化，并且在逐个例子的基础上理解这一点已经取得了令人难以置信的进展。现在，我们希望能够理解整个过程，其复杂程度与我们理解各个部分的复杂程度相同。我们认为，一旦我们有了这种理解，那么我们就可以更好地操纵它来对疾病产生积极影响，“伯恩鲍姆说。

这种方法可能会导致治疗癌症的免疫疗法的改进，以及针对自身免疫性疾病（如 1 型糖尿病）或感染（如 HIV 和 Covid-19）的潜在新疗法。

解决难题

伯恩鲍姆对免疫学的兴趣很早就产生了，当时他还是费城的一名高中生。他的学校提供了一个项目，允许学生在该地区的研究实验室工作，所以从十年级开始，他在福克斯蔡斯癌症中心的免疫学实验室进行研究。

“实际上，我接触到了一些我现在学习的东西，所以这真的让我走上了意识到这就是我想做的事情的道路，”伯恩鲍姆说。

在哈佛大学读本科时，他就读于一个新设立的专业，即化学和物理生物学。在免疫学入门课程中，伯恩鲍姆被免疫系统的复杂性和美丽所吸引。他继续在斯坦福大学获得免疫学博士学位，在那里他开始研究T细胞如何识别其靶抗原。

T细胞受体是在T细胞表面发现的蛋白质复合物。这些受体由基因片段组成，这些基因片段可以混合和匹配以形成多达 10 个15不同的序列。当 T 细胞受体发现它识别的外来抗原时，它会向 T 细胞发出繁殖信号并开始消除显示该抗原的细胞的过程。

作为一名研究生，伯恩鲍姆致力于构建大规模研究抗原和T细胞之间相互作用的工具。完成博士学位后，他花了一年时间在斯坦福大学的神经科学实验室做博士后，但很快意识到他想回到免疫学。

2016年，伯恩鲍姆被聘为麻省理工学院生物工程系和科赫综合癌症研究所的教员。他说，他被麻省理工学院所吸引，因为该研究所的科学家和工程师愿意共同努力解决困难而重要的问题。

“人们愿意这样做是一种无所畏惧，”他说。“社区，尤其是这里的免疫学社区，无论是在质量方面，还是在支持程度方面，都是首屈一指的。”

数十亿个目标

在麻省理工学院，伯恩鲍姆的实验室专注于T细胞与抗原的相互作用，希望最终能够重新编程这些相互作用，以帮助对抗癌症等疾病。2022 年，他报告了一种大规模分析这些相互作用的新技术。

在此之前，大多数用于研究免疫系统的现有工具都旨在研究暴露于一个T细胞（或B细胞）的大量抗原，或遇到少量抗原的大量免疫细胞。伯恩鲍姆的新方法使用工程病毒将许多不同的抗原呈递给大量的免疫细胞，使研究人员能够同时筛选大量的抗原和免疫细胞。

“免疫系统与我们每个人体内数百万个独特的T细胞受体以及数十亿个可能的抗原靶标一起工作，”Birnbaum说。“为了能够真正大规模地了解免疫系统，我们花了很多时间试图构建可以在类似规模上工作的工具。

这种方法可以使研究人员最终筛选出数千种抗原，以对抗个体的整个B细胞和T细胞群，这可以揭示为什么有些人自然地比其他人更好地抵抗某些病毒，如HIV。

使用这种方法，伯恩鲍姆还希望开发出在患者体内重新编程T细胞的方法。目前，T细胞重编程需要从患者身上取出T细胞，进行基因改造，然后重新输注到患者体内。相反，如果使用与伯恩鲍姆的筛选技术相同的病毒对T细胞进行重新编程，则可以跳过所有这些步骤。由伯恩鲍姆（Birnbaum）共同创立的一家名为Kelonia的公司也在朝着这个目标努力。

为了在更大的尺度上模拟T细胞相互作用，Birnbaum现在正在与世界各地的合作者合作，使用人工智能对T细胞-抗原相互作用进行计算预测。伯恩鲍姆领导的研究团队包括来自五个国家的12个实验室，由癌症大挑战资助。研究人员希望建立预测模型，帮助他们设计工程化的T细胞，以帮助治疗许多不同的疾病。

“该计划的重点是这些类型的预测是否可行，但如果是可能的，它可能会导致更好地了解哪些免疫疗法可能对不同的人有效。它可能导致个性化的疫苗设计，并可能导致个性化的T细胞疗法设计，“Birnbaum说。

原文链接：https://news.mit.edu/2024/michael-birnbaum-leans-into-immune-systems-complexity-0628