Используя электрические импульсы, нанопинцет может извлекать отдельные ДНК, белки и органеллы из живых клеток, не разрушая их.

Мы постоянно расширяем наши знания о том, как функционируют клетки, но остается много вопросов без ответа. Это особенно верно для отдельных клеток одного типа, таких как клетки мозга, мышц или жировые клетки, но имеющих очень разные составы на уровне одной молекулы.

На фото: нанопинцет, извлекающие митохондрию из клетки. Кредит: Имперский Колледж Лондон.

Каталогизация разнообразия, казалось бы, идентичных клеток может помочь исследователям лучше понять фундаментальные клеточные процессы и разработать улучшенные модели заболеваний, и даже новые специфические для пациента методы лечения.

Однако традиционные методы изучения этих различий обычно включают разрыв клетки, в результате чего все ее содержимое перемешивается. Это приводит не только к потере пространственной информации – как содержимое было расположено относительно друг друга, но также и к динамической информации, такой как молекулярные изменения в клетке с течением времени.

Новая методика , разработанная командой под руководством профессора Джошуа Эдель и доктор Алекс Иванов в Имперском колледже Лондона, позволяет исследователям извлекать отдельные молекулы из живых клеток, не разрушая их. Исследование, опубликованное сегодня в журнале Nature Nanotechnology , может помочь ученым в создании «атласа человеческих клеток», предоставляя новое понимание того, как функционируют здоровые клетки и что происходит в больных клетках.

Профессор Джошуа Эдель из химического факультета Imperial сказал: «С помощью пинцета мы можем извлекать минимальное количество молекул, которые нам нужны, из клетки в реальном времени, не повреждая ее. Мы продемонстрировали, что можем манипулировать и извлекать несколько разных частей из разных областей клетки, включая митохондрии из тела клетки, РНК из разных мест в цитоплазме и даже ДНК из ядра».

Пинцет сформирован из острого стеклянного стержня, оканчивающегося парой электродов, изготовленных из углеродного материала, очень похожего на графит. Диаметр наконечника составляет менее 50 нанометров (нанометр равен одной миллионной миллиметра) и разделен на два электрода с зазором от 10 до 20 нанометров между ними.

Подавая напряжение переменного тока, этот небольшой зазор создает мощное сильно локализованное электрическое поле, которое может захватывать и извлекать небольшое содержимое клеток, таких как ДНК и факторы транскрипции – молекулы, которые могут изменять активность генов. Метод основан на явлении, называемом диэлектрофорез. Пинцет генерирует достаточно сильное электрическое поле, позволяющее захватывать определенные объекты, такие как отдельные молекулы и частицы. Способность выделять отдельные молекулы из клетки отличает ее от альтернативных технологий. Техника потенциально может быть использована для проведения экспериментов, которые в настоящее время невозможны. Например, нервным клеткам требуется много энергии для передачи сообщений по всему телу, поэтому они содержат много митохондрий, чтобы помочь им функционировать. Однако, добавляя или удаляя митохондрии из отдельных нервных клеток, исследователи могли лучше понять их роль, особенно в нейродегенеративных заболеваниях.

Д-р Алекс Иванов из химического факультета Imperial сказал: «Эти пинцеты наноразмерного уровня могут стать важным дополнением к набору инструментов для управления отдельными клетками и их частями. Изучая живые клетки на молекулярном уровне, мы можем извлечь отдельные молекулы из в одном и том же месте с беспрецедентным пространственным разрешением и в нескольких точках времени. Это может обеспечить более глубокое понимание клеточных процессов и установить, почему клетки одного типа могут сильно отличаться друг от друга».

Профессор Эдель добавил: «Весь проект стал возможен только благодаря уникальным ноу-хау, способностям и энтузиазму молодых членов команды, в том числе доктора Биной ​​Паулозе Надаппурам и доктора Паоло Кадину, среди которых есть разнообразные знания и опыт».

По материалам сайта phys.org