Grants/Grieg

• English
• Polski

Interaction of natural killer cells with infected cancer cell population: microfluidics-based experiments and single-cell-level mathematical modeling

Concepts and objectives

The aim of the project is to analyze interactions of natural killer (NK) cells with an infected epithelial cell population at the single-cell resolution. We investigate two respiratory epithelial cell lines: cancerous and non-cancerous, and two respiratory viruses: respiratory syncytial virus (RSV) and influenza A virus (IAV). Our main objectives are as follows:

• Elucidation of the impact of the NK cell-induced cell death on the dynamics of propagation and eradication of RSV and IAV infections.

• Determination of the potential of NK cells to induce immunogenic cell death in infected cells, that can potentially activate adaptive immune response.

• Development of a droplet-based microfluidic system to perform experiments on co-cultures of epithelial and NK cells (living in droplets), that will enable data acquisition at the single-cell resolution.

• Development of a mathematical model capturing interactions of NK cells with an infected cell population at the single-cell resolution.

Team

IPPT PAN:

• Prof. Tomasz Lipniacki, PhD (head)
• Sławomir Błoński, PhD
• Maciej Czerkies, PhD
• Frederic Grabowski, BSc
• Joanna Jaruszewicz-Błońska, PhD
• Marek Kochańczyk, PhD
• Piotr Korczyk, PhD
• Zbigniew Korwek, PhD
• Paulina Koza, PhD
• Barbara Kupikowska-Stobba, PhD
• Felipe Nieves Marques Porto, MSc
• Wiktor Prus, PhD
• Damian Zaremba, MSc

SINTEF AS (core team):

• Elizaveta Vereshchagina, PhD (head)
• Linda Sønstevold, PhD
• Michal Marek Mielnik, PhD
• Geir Uri Jensen, PhD
• Shruti Jain, MSc
• Enrique Escobedo-Cousin, PhD

Research

Scientific publications

• Grabowski F, Kochańczyk M, Korwek Z, Czerkies M, Prus W, Lipniacki T. Antagonism between viral infection and innate immunity at the single-cell level, PLOS Pathog 19(9):e1011597 (2023) PubMed CrossRef | bioRxiv Code Data
  
  
• Kurniawan T, Sahebdivani M, Zaremba D, Blonski S, Garstecki P, van Steijn V, Korczyk PM. Formation of droplets in microfluidic cross-junctions at small capillary numbers: Breakdown of the classical squeezing regime, Chem Eng J 474:145601 (2023) CrossRef
  
  
• Grabowski F, Nałęcz-Jawecki P, Lipniacki T. Predictive power of non-identifiable models, Sci Rep 13:11143 (2023) CrossRef bioRxiv Code
  
  
• Sønstevold L, Czerkies M, Escobedo-Cousin E, Blonski S, Vereshchagina E. Application of polymethylpentene, an oxygen permeable thermoplastic, for long-term on-a-chip cell culture and organ-on-a-chip devices, Micromachines 14(3):532 (2023) CrossRef
  
  
• Czerkies M, Kochańczyk M, Korwek Z, Prus W, Lipniacki T. Respiratory syncytial virus protects bystander cells against influenza A virus infection by triggering secretion of type I and type III interferons, J Virol (2022) 96:22 e01341-22 CrossRef bioRxiv
  
  
  
• Grabowski F, Preibisch G, Giziński S, Kochańczyk M, Lipniacki T. SARS-CoV-2 Variant of Concern 202012/01 has about twofold replicative advantage and acquires concerning mutations, Viruses 13(3):392 (2021) CrossRef medRxiv | PDF
  
  
  
• Grabowski F, Kochańczyk M, Lipniacki T. The spread of SARS-CoV-2 variant Omicron with the doubling time of 2.0–3.3 days can be explained by immune evasion, Viruses 14(2):294 (2022) CrossRef medRxiv | PDF Correspondence
  
  
  
• Mines RC, Lipniacki T, Shen X. Slow nucleosome dynamics set the transcriptional speed limit and induce RNA polymerase II traffic jams and bursts, PLOS Comput Biol 18(2):e1009811 (2022) CrossRef
  
  
  
• Korwek Z, Czerkies M, Jaruszewicz-Błońska J, Prus W, Kosiuk I, Kochańczyk M, Lipniacki T. Non-self RNA rewires IFNβ signaling: A mathematical model of the innate immune response (accepted at Sci Signal) bioRxiv
  
  
  
  

Other

• Lecture: SARS-CoV-2 super-spreaders and super-spreading Variant of Concern 202012/01, University of Warsaw, Faculty of Physics (Tomasz Lipniacki)
• Lecture: SARS‐CoV‐2 Variant of Concern 202012/01 has about twofold replicative advantage and acquires concerning mutations, University of Warsaw, Faculty of Mathematics, Informatics and Mechanics, BOB seminar (Frederic Grabowski)
• Keynote lecture: Mathematical modeling of innate immune response to viral infection, Joint KMM-VIN / ViCEM / ESB cross-disciplinary workshop, Vienna, Austria 2022 (Tomasz Lipniacki) Conference website
• Talk: Dissecting innate immunity responses to viral infection at the single-cell level, Inverse Problems Meeting (virtual conference) Video
• Talk: Non-self RNA rewires IFNβ signaling: A model of the innate immune response, q-Bio 2022, Colorado State University (Tomasz Lipniacki) Abstract Slides

Technology

With our collaborators from SINTEF AS we investigate the performance of the thermoplastic material PMP in microfluidic devices for organ-on-a-chip and long-term cell cultivation on chip applications. The assessment includes investigating cell adherence and proliferation, material suitability for confocal microscopy, compatibility with common chemicals, device fabrication, and most importantly assessment of gas permeability for oxygen supply during 4 days of cell culturing.

Device used in experiments (article under preparation).

Dissemination

Press

• Gazeta Wyborcza, interview, March 2020 (Polish | English)
• Gazeta Wyborcza, interview, June 2020 (Polish)
• Newsweek Polska, interview, October 2020 (Polish)
• Gazeta Wyborcza, article, October 2020 (Polish)
• Gazeta Wyborcza, article, November 2020 (Polish)
• Gazeta Wyborcza, interview, July 2021 (Polish)

Broadcast

• Polsat News, debate on pandemic development and role of vaccinations, November 2020 (Polish)
• Polsat News, debate on New Year restrictions, December 2020 (Polish)
• TVN24, debate on lockdown strategy, April 2021 (Polish)
• Polsat News, debate on 4th wave of COVID-19, August 2021 (Polish)
• Radio TOK FM, three separate conversations (Polish)

Public lectures

• lecture in German Historical Institute Warsaw ([1])

Contact

Lab head – Prof. Tomasz Lipniacki.

Funding

This research is funded by the Norwegian Financial Mechanism GRIEG-1
(grant 2019/34/H/NZ6/00699, operated by the National Science Centre, Poland).

Oddziaływanie komórek NK z populacją zainfekowanych komórek rakowych: eksperymenty w urządzeniach mikroprzepływowych i modelowanie matematyczne na poziomie pojedynczych komórek

Cele projektu

Celem projektu jest analiza oddziaływań komórek “Naturalnych Zabójców” (ang. Natural Killer, NK) z zakażonymi rakowymi komórkami nabłonka płuc na poziomie pojedynczych komórek. Badamy dwie linie komórek nabłonka oddechowego, z których jedna ma pochodzenie nowotworowe oraz dwa wirusy: syncytialny wirus nabłonka oddechowego (RSV) oraz wirus grypy typu A (IAV). Nasze główne zadania badawcze są następujące:

• wyjaśnienie wpływu cytotoksyczności komórek NK wobec zakażonych komórek na dynamikę rozprzestrzeniania się oraz eliminacji infekcji wirusami RSV i IAV;

• ustalenie potencjału komórek NK do indukowania w zakażonych komórkach tzw. immunogennej śmierci komórkowej zdolnej do aktywacji mechanizmów nabytej obrony odpornościowej;

• rozwój systemu mikrofluidyki kropelkowej przeznaczonej prowadzenia doświadczeń na kokulturach komórek nabłonkowych i komórek NK, który pozwoli na zbieranie danych na poziomie poszczególnych komórek;

• rozwój modelu matematycznego opisującego interakcje komórek NK z zainfekowaną populacją komórek nabłonkowych, na poziomie pojedynczych komórek.

Zespół

IPPT PAN:

• prof. Tomasz Lipniacki (kierownik projektu)
• dr Wiktor Prus
• dr Maciej Czerkies
• dr Zbigniew Korwek
• dr Joanna Jaruszewicz-Błońska
• dr Marek Kochańczyk
• dr Paulina Koza
• mgr Damian Zaremba
• mgr Felipe Nieves Marques Porto
• lic. Frederic Grabowski

SINTEF AS (core team):

• dr Elizaveta Vereshchagina (koordynator strony norweskiej)
• dr Linda Sønstevold
• dr Michal Marek Mielnik
• dr Geir Uri Jensen
• mgr Shruti Jain
• dr Enrique Escobedo-Cousin

Wyniki

Publikacje

• Grabowski F, Kochańczyk M, Korwek Z, Czerkies M, Prus W, Lipniacki T. Antagonism between viral infection and innate immunity at the single-cell level, PLOS Pathog 19(9):e1011597 (2023) PubMed CrossRef | bioRxiv Code Data
  
  
• Kurniawan T, Sahebdivani M, Zaremba D, Blonski S, Garstecki P, van Steijn V, Korczyk PM. Formation of droplets in microfluidic cross-junctions at small capillary numbers: Breakdown of the classical squeezing regime, Chem Eng J 474:145601 (2023) CrossRef
  
  
• Grabowski F, Nałęcz-Jawecki P, Lipniacki T. Predictive power of non-identifiable models, Sci Rep 13:11143 (2023) CrossRef bioRxiv Code
  
  
• Sønstevold L, Czerkies M, Escobedo-Cousin E, Blonski S, Vereshchagina E. Application of polymethylpentene, an oxygen permeable thermoplastic, for long-term on-a-chip cell culture and organ-on-a-chip devices, Micromachines 14(3):532 (2023) CrossRef
  
  
• Czerkies M, Kochańczyk M, Korwek Z, Prus W, Lipniacki T. Respiratory syncytial virus protects bystander cells against influenza A virus infection by triggering secretion of type I and type III interferons, J Virol (2022) 96:22 e01341-22 CrossRef bioRxiv
  
  
  
• Grabowski F, Preibisch G, Giziński S, Kochańczyk M, Lipniacki T. SARS-CoV-2 Variant of Concern 202012/01 has about twofold replicative advantage and acquires concerning mutations, Viruses 13(3):392 (2021) CrossRef medRxiv | PDF
  
  
  
• Grabowski F, Kochańczyk M, Lipniacki T. The spread of SARS-CoV-2 variant Omicron with the doubling time of 2.0–3.3 days can be explained by immune evasion, Viruses 14(2):294 (2022) CrossRef medRxiv | PDF Korespondencja
  
  
  
• Mines RC, Lipniacki T, Shen X. Slow nucleosome dynamics set the transcriptional speed limit and induce RNA polymerase II traffic jams and bursts, PLOS Comput Biol 18(2):e1009811 (2022) CrossRef
  
  
  
• Korwek Z, Czerkies M, Jaruszewicz-Błońska J, Prus W, Kosiuk I, Kochańczyk M, Lipniacki T. Non-self RNA rewires IFNβ signaling: A mathematical model of the innate immune response (przyjęte w Sci Signal) bioRxiv
  
  
  
  

Inne

• Wykład: SARS-CoV-2 super-spreaders and super-spreading Variant of Concern 202012/01, Uniwersytet Warszawski, Wydział Fizyki (Tomasz Lipniacki)
• Wykład: SARS‐CoV‐2 Variant of Concern 202012/01 has about twofold replicative advantage and acquires concerning mutations, Uniwersytet Warszawski, Wydział Matematyki, Informatyki i Mechaniki, seminarium BOB (Frederic Grabowski)
• Wykład zaproszony: Mathematical modeling of innate immune response to viral infection, Joint KMM-VIN / ViCEM / ESB cross-disciplinary workshop, Vienna, Austria 2022 (Tomasz Lipniacki) strona konferencji
• Wystąpienie: Dissecting innate immunity responses to viral infection at the single-cell level, Inverse Problems Meeting (virtual conference) dostępne online
• Wystąpienie: Non-self RNA rewires IFNβ signaling: A model of the innate immune response, q-Bio 2022, Colorado State University (Tomasz Lipniacki) podsumowanie Slajdy

Technologia

Wraz z naszymi współpracownikami z SINTEF AS badamy działanie termoplastycznego materiału PMP w urządzeniach mikroprzepływowych do organ-on-a-chip i długoterminowej hodowli komórek na chipach. Ocena obejmuje badanie przylegania i proliferacji komórek, przydatność materiału do mikroskopii konfokalnej, zgodność z powszechnie stosowanymi substancjami chemicznymi, wytwarzanie urządzeń i, co najważniejsze, ocenę przepuszczalności gazu dla dostarczania tlenu podczas 4 dni hodowli komórek.

Urządzenie używane w eksperymentach (publikacja w przygotowaniu).

Popularyzacja

Prasa

• Gazeta Wyborcza, wywiad, marzec 2020 (po polsku, po angielsku)
• Gazeta Wyborcza, wywiad, czerwiec 2020 (po polsku)
• Newsweek Polska, wywiad, październik 2020 (po polsku)
• Gazeta Wyborcza, artykuł, październik 2020 (po polsku)
• Gazeta Wyborcza, artykuł, listopad 2020 (po polsku)
• Gazeta Wyborcza, wywiad, lipiec 2021 (po polsku)

Radio i Telewizja

• Polsat News, debata o rozwoju pandemii i roli szczepień, listopad 2020 (po polsku)
• Polsat News, debata o restrykcjach sylwestrowych, grudzień 2020 (po polsku)
• TVN24, debata o strategii lockdownów, kwiecień 2021 (po polsku)
• Polsat News, debata o czwartej fali COVID-19, sierpień 2021 (po polsku)
• Radio TOK FM, trzy rozmowy (po polsku)

Inne

• wykład w Niemieckim Instytucie Historycznym w Warszawie ([2])

Kontakt

Kierownik Pracowni – Prof. Tomasz Lipniacki.

Finansowanie

Badania są finansowane z Norweskiego Mechanizmu Finansowego GRIEG-1
(grant 2019/34/H/NZ6/00699, którego operatorem jest Narodowe Centrum Nauki).