力学免疫学研究现状和展望

力学免疫学的研究远早于学科的正式名称的出现。它大概有以下三个源头。首先是生物力学,特别是细胞和分子水平的生物力学。在这个水平的生物力学20世纪70年代就有了,很多以免疫细胞及免疫系统里的分子为研究对象及材料。以前的研究者关注的只是免疫细胞及分子对力学输入量的力学响应,我们说这样的研究是细胞和分子的生物力学。而当研究者将其关注扩大到免疫细胞及分子对力学输入量的免疫学响应,以及免疫细胞及组织对其力学外环境的影响时,我们就说这样的研究已经拓广到力学免疫学的范畴了。因为上面这两个说法既符合生物力学及力学生物学的定义,还可用来说明它们的相似及区别之处。只要我们把免疫学三个字换成生物学,就毫不违和了。因此,力学免疫学的另一个源头,就是力学生物学。因为力学免疫学借鉴及引用了比它更早有了正式名称的力学生物学所发展应用的一些概念,并把这些工具及方法从对其他组织和生理系统的研究移植到对免疫系统里的细胞及分子的研究里去。或者说,当研究者发现,其实他们用的概念、工具及方法,跟力学生物学所用的是相通的,只是研究的对象及系统不同。于是就比照力学生物学,将其研究称之为力学免疫学了。而这样的名称正式出现在文献里,大概只有十来年的历史。但这短短的十来年,却见证了力学免疫学的飞速发展,出现了很多的结果。比如发现免疫受体分子可以接受力学信号,包括外力及外环境的力学特性,如其接触的细胞及介质的黏弹性。而这种信号的传导不是开关那么简单,因为免疫响应可以有多种模态及跨越很宽的时间尺度。免疫受体接收的从其配体传过来的信号,甚至有可能通过力学的方式编码,而传进免疫细胞后再被解读,从而诱导出不同的免疫反应。另外,免疫受体与配体结合后,会诱导免疫细胞产生胞内力,并传导作用到免疫受体—配体键上,从而放大通过免疫受体介导的信号传导及免疫响应。免疫系统里的组织、细胞和分子处于随时空变化的力学环境里。因此必然受到力学环境的影响,从而进化出感受并适应乃至利用其力学环境的能力。这似乎是自然而然,不言自明的。而传统的免疫学家,普遍没有受过力学基础训练,不熟悉力学的概念、思维方式,及研究的方法和工具。这就既给了做基础的力学免疫学研究者予机会对解决免疫学的一些基本问题作贡献,又让做应用的力学免疫学工作者得到了解决临床及工程应用问题的用武之地。而这又成为力学免疫学的一个新的源头,即将力学免疫学的发现与治疗肿瘤或自免疫疾病的免疫疗法结合,在免疫疗法中应用,并作出新的发明来对免疫疗法进行改进,以造福病人及社会。这些新的工作,大量出现才几年,却发展极其迅猛。其中一大原因,是它结合了生物材料的工作。因为可以通过设计生物材料,来改变人造免疫组织的力学环境。还可以通过修饰生物材料来表达免疫受体的配体,达到靶向诱导免疫细胞分化的目的。这些免疫工程的工作,既有力学免疫学,也是生物材料、组织工程、细胞工程、微流器件及芯片上的器官等领域的融合,因而吸引了大量的研究者,也代表了生物医学工程界发展的一大趋势。