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

Иллюстрация, демонстрирующая нано-пинцет, извлекающий митохондрию из клетки. Фото: Имперский колледж Лондона

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.

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 Эделя и доктора Алекса Иванова из Имперского колледжа в Лондоне, 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 извлечь минимальное количество молекул, которые нам нужны, из клетки в режиме реального времени, не повреждая ее. Мы продемонстрировали, что мы можем манипулировать и извлекать несколько различных 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.

Применяя 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.

Доктор Алекс Иванов из химического факультета Imperial сказал: «Эти наноразмерные пинцеты могут стать важным дополнением к инструментарию для управления отдельными клетками и их частями. Изучая живые клетки на молекулярном уровне, мы можем извлечь отдельные молекулы из одного и того же местоположения с беспрецедентным пространственным разрешением и в течение нескольких моментов времени. Это может обеспечить более глубокое понимание клеточных процессов и выяснить, 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 phys.org