Нано-бот может исследовать клетки человека

Магнитный пинцет может помочь диагностировать и бороться с раком

Исследователи построили набор магнитных «пинцетов», которые могут разместить шарик наноразмера внутри человеческой клетки с беспрецедентной точностью. Нано-бот уже использовался для изучения свойств раковых клеток и может привести к улучшению диагностики и лечения.

Исследователи из Технического университета Торонто создали набор магнитных «пинцетов», которые могут разместить гранулы наноразмера внутри человеческой клетки в трех измерениях с беспрецедентной точностью. Нано-бот уже использовался для изучения свойств раковых клеток и мог указать путь к улучшенной диагностике и лечению.

Профессор Ю. Сунь и его команда строят роботов, которые могут манипулировать отдельными клетками в течение двух десятилетий. Их творения обладают способностью манипулировать и измерять отдельные клетки – полезно в таких процедурах, как экстракорпоральное оплодотворение и персонализированная медицина. Их последнее исследование, опубликованное сегодня в Science Robotics , делает технологию еще на шаг впереди.

«До сих пор наш робот проводил исследования за пределами здания, касаясь кирпичной стены и пытаясь выяснить, что происходит внутри», – говорит Сун. «Мы хотели разместить робота в здании и исследовать все помещения и сооружения».

Команда создала роботизированные системы, которые могут манипулировать субклеточными структурами внутри электронных микроскопов, но для этого требуется лиофилизация клеток и разрезание их на крошечные кусочки. Чтобы исследовать живые клетки, другие команды использовали такие методы, как лазеры или акустика.

«Оптический пинцет – использование лазеров для зондирования клеток – является популярным подходом», – говорит Ксян Ван, кандидат наук, проводивший исследование. Эта технология была удостоена Нобелевской премии по физике 2018 года, но Ван говорит, что сила, которую она может генерировать, недостаточно велика для механических манипуляций и измерений, которые он хотел сделать.

«Вы можете попытаться увеличить мощность, чтобы генерировать более высокую силу, но вы рискуете повредить субклеточные компоненты, которые вы пытаетесь измерить», – говорит Ван.

Разработанная Вангом система использует шесть магнитных катушек, расположенных в разных плоскостях вокруг покровного стекла микроскопа, засеянного живыми раковыми клетками. Магнитная железная бусина диаметром около 700 нанометров – примерно в 100 раз меньше толщины человеческого волоса – помещается на покровное стекло, где раковые клетки легко переносят его внутрь своих мембран.

Как только бусинка находится внутри, Ван контролирует свое положение, используя обратную связь в реальном времени от конфокальной микроскопии. Он использует алгоритм, управляемый компьютером, чтобы изменять электрический ток через каждую из катушек, формируя магнитное поле в трех измерениях и направляя шарик в любое желаемое положение внутри ячейки.

«Мы можем контролировать положение с точностью до пары сотен нанометров ниже предела броуновского движения», – говорит Ван. «Мы можем оказывать силы на порядок выше, чем было бы возможно с лазерами».

В сотрудничестве с доктором Хелен МакНил и Йонитом Цацкисом в больнице горы Синай и доктором Севаном Хопяном в больнице для больных детей (SickKids) команда использовала их роботизированную систему для исследования клеток рака мочевого пузыря на ранней и поздней стадиях.

Предыдущие исследования на клеточных ядрах требовали их извлечения из клеток. Wang и Sun измеряли клеточные ядра в интактных клетках без необходимости разламывать клеточную мембрану или цитоскелет. Они смогли показать, что ядро ​​не одинаково жесткое во всех направлениях.

«Это немного похоже на футбольный мяч – механически, он жестче вдоль одной оси, чем другой», – говорит Сун. «Мы не знали бы этого без этой новой техники».

Они также смогли точно измерить, насколько жестче ядро, полученное при повторном подталкивании, и определить, какой клеточный белок или белки могут играть роль в контроле этого ответа. Эти знания могут указать путь к новым методам диагностики рака.

«Мы знаем, что в клетках поздней стадии реакция жесткости не так сильна», – говорит Ван. «В ситуациях, когда раковые клетки на ранней стадии и клетки на поздней стадии не выглядят морфологически очень разными, это дает другой способ отличить их».

Согласно Sun, исследования могут пойти еще дальше.

«Вы можете представить себе, что вы вводите целые рои этих нано-ботов и используете их для того, чтобы либо победить опухоль, блокируя кровеносные сосуды в опухоли, либо уничтожать ее непосредственно путем механической абляции», – говорит Сун. «Это могло бы предложить способ лечения раковых заболеваний, устойчивых к химиотерапии, лучевой терапии и иммунотерапии».

Эти приложения еще далеки от клинического внедрения, но Sun и его команда взволнованы этим направлением исследований. Они уже проводят ранние эксперименты на животных с доктором Си Хуаном в SickKids.

«Это еще не совсем фантастическое путешествие», – говорит он, ссылаясь на научно-фантастический фильм 1966 года. «Но мы достигли беспрецедентной точности в управлении положением и силой. Это большая часть того, что нам нужно, так что следите за обновлениями!»

Источник: данные – www.sciencedaily.com; фото – микроскоп.