Используя электрические импульсы, «пинцет» может извлекать отдельные ДНК, белки и органеллы из живых клеток, не разрушая их.
Мы постоянно расширяем наши знания о том, как функционируют клетки, но многие вопросы остаются без ответа. Это особенно верно для отдельных клеток одного типа, таких как мозг, мышцы 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 методы лечения для конкретных пациентов.
Однако традиционные методы изучения этих различий обычно включают разрыв клетки, в результате чего все ее содержимое смешивается. Это приводит не только к потере пространственной информации - как содержимое было размещено по отношению друг к другу, но и к динамической информации, такой как молекулярные изменения в клетке с течением времени.
Новая методика, разработанная группой под руководством профессора Джошуа Эделя и доктора Алекса Иванова из Имперского колледжа 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 клеток человека», дающего новое представление о том, как функционируют здоровые клетки и что происходит с больными клетками.
Профессор Джошуа Эдель с химического факультета Imperial сказал: «С помощью нашего пинцета мы можем извлечь минимальное количество молекул, которое нам нужно, из клетки в режиме реального 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 цитоплазмы и даже ДНК из ядра».
Пинцет состоит из острого стеклянного стержня, оканчивающегося парой электродов, сделанных из материала на основе углерода, очень похожего на графит. Наконечник имеет диаметр менее 50 нанометров (нанометр равен одной миллионной миллиметра) и разделен на два электрода с зазором между ними от 10 до 20 нанометров.
При подаче напряжения переменного тока этот небольшой зазор создает мощное высоко локализованное электрическое поле, которое может улавливать и извлекать небольшое содержимое клеток, такое как ДНК и факторы транскрипции - молекулы, которые могут изменять активность генов.
Метод основан на явлении, называемом диэлектрофорезом. Пинцет создает достаточно сильное электрическое поле, позволяющее улавливать 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 отправки сообщений по всему телу, поэтому они содержат много митохондрий, помогающих 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 Империал сказал: «Эти наноразмерные пинцеты могут стать жизненно важным дополнением к набору инструментов для манипулирования отдельными клетками и их частями. Изучая живые клетки на молекулярном уровне, мы можем извлекать отдельные молекулы из одного и того же места с беспрецедентным пространственным разрешением и в несколько моментов времени, что может обеспечить более глубокое понимание клеточных процессов и установление того, 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, включая, среди прочих, доктора Биной Паулоз Надаппурам и доктора Паоло Кадину, которые имеют разнообразные опыт и опыт."