Ny teknik tillader nanobiopsier af levende celler

(Phys.org) – Forskere ved UC Santa Cruz har udviklet et robot-"nanobiopsi"-system, der kan udtrække bittesmå prøver inde fra en levende celle uden at dræbe den. Enkeltcellet nanobiopsi-teknikken er et kraftfuldt værktøj for forskere, der arbejder på at forstå de dynamiske processer, der forekommer i levende celler, ifølge Nader Pourmand, professor i biomolekylær teknik ved UCSC's Baskin School of Engineering.

"Vi kan tage en biopsi fra en levende celle og gå tilbage til den samme celle flere gange i løbet af et par dage uden at dræbe den. Med andre teknologier, du er nødt til at ofre en celle for at analysere den, " sagde Pourmand, der leder Biosensors and Bioelectrical Technology-gruppen på UCSC.

Nanobiopsi-platformen er den seneste enhed, som hans gruppe har udviklet, der bruger nanopipetter, som er små glasrør, der tilspidser til en fin spids med en diameter på blot 50 til 100 nanometer. "Vi kan skabe nanopipetter i laboratoriet - det kræver ikke et dyrt nanofabrikationsanlæg, " sagde Pourmand. "At gå ind i en celle, imidlertid, problemet er, at du ikke kan se spidsen, selv med et avanceret mikroskop, så du ved ikke, hvor langt væk fra cellen den er."

Adam Seger, en postdoc-forsker i laboratoriet (nu på MagArray i Sunnyvale), løst dette problem ved at udvikle et feedback-kontrolsystem baseret på et skræddersyet scanning-ion-konduktansmikroskop (SICM). Systemet bruger en ionstrøm hen over spidsen af ​​nanopipetten som et feedbacksignal, registrerer et fald i strømmen, når spidsen kommer tæt på celleoverfladen. Et automatiseret kontrolsystem placerer nanopipettespidsen lige over celleoverfladen og styrter den derefter hurtigt ned for at trænge ind i cellemembranen. Manipulering af spændingen udløser den kontrollerede optagelse af en lille mængde cellulært materiale. Fordi tippet er så fint, det forårsager minimal forstyrrelse af cellen.

I en undersøgelse offentliggjort i ACS Nano , Pourmands gruppe brugte systemet til at udvinde små mængder cellulært materiale fra levende celler, der anslås til at være omkring 50 femtoliter (en femtoliter er en kvadrilliontedel af en liter). Det er omkring én procent af volumenet af en menneskelig celle. Forskerne var i stand til at udvinde og sekventere RNA fra individuelle humane kræftceller. De ekstraherede også mitokondrier (små subcellulære organeller) fra humane fibroblaster og sekventerede mitokondrielle DNA.

"Mitokondrier er kendt for at være involveret i mange neurodegenerative sygdomme. Denne teknologi kan bruges til at kaste lys over vigtigheden af ​​mutationer i mitokondriegenomet, " sagde Pourmand.

Der er mange potentielle anvendelsesmuligheder for denne teknologi, og Pourmand sagde, at han er ivrig efter at udvikle samarbejder med andre forskere og udforske forskellige applikationer. "Det er en alsidig platform for alle, der forsøger at forstå, hvad der sker inde i cellen, herunder cancerbiologer, stamcellebiologer, og andre, " han sagde.