Venus-flytrap-lignende griber kunne fange individuelle celler i menneskekroppen

(Phys.org) —Ingen to biologiske celler er nøjagtig de samme. Selv en lille biopsieret tumorprøve indeholder celler med store variationer i deres spredningshastighed, potentiale for metastase, lægemiddelrespons, etc. Dog, på grund af den store størrelse af de værktøjer, der bruges til at analysere cellerne, data indsamlet fra vævsprøver beregnes ofte i gennemsnit over en lang række celler. Som sådan, det repræsenterer muligvis ikke nøjagtigt adfærden hos individuelle celler af interesse. Da analyse af individuelle celler er meget vigtig for at designe effektive behandlinger, forskere arbejder på måder at fange enkeltceller, og mange af dem på én gang.

I en ny undersøgelse offentliggjort i Nano bogstaver , forskere fra Johns Hopkins University i Baltimore, Maryland, og US Army Research Laboratory i Adelphi, Maryland, har designet og fremstillet bittesmå selvfoldende griber, der kan fange individuelle celler under i vitro og potentielt i vivo miljøer. Griberne kan masseproduceres, med måske 100 millioner på en 12-tommer wafer, og potentielt rettet til en bestemt del af kroppen for at fange specifikke celletyper. Lidt ligesom den måde, hvorpå en Venus flyvefælde fanger sit bytte, de selvfoldende gribere omslutter deres arme omkring målceller, dog uden at dræbe dem. I forsøg, forskerne demonstrerede, at griberne kan fange musfibroblastceller in vitro , samt røde blodlegemer.

"Vi mener, at dette er et vigtigt skridt i retning af et mål om at indfange og analysere enkeltceller inden for den samme enhed på en måde med høj kapacitet under begge in vitro og in vivo betingelser, "David H. Gracias, Professor ved Johns Hopkins University, fortalt Phys.org .

Denne griber er ikke den første enhed, der kan fange individuelle celler. I øjeblikket, en lang række teknikker såsom optiske og mikrofluidiske fælder, flowcytometri (hvor en laser bruges til at suspendere celler i en væskestrøm), mikrobrønde og endda miniatureapparater til rådighed for in vitro encellede analyse. Imidlertid, disse teknikker står over for problemer som at miste deres greb om celler eller kræve ledninger og fastspændinger, der begrænser mobiliteten, begrænser deres anvendelse.

Den selvfoldende griber, der blev udviklet i den nye undersøgelse, overvinder disse problemer, fordi den har evnen til at gribe celler ved kun at bruge energi fra frigivelse af stress i sine egne materialer, uden behov for ledninger, tinder, eller batterier. Gribemekanismen opstår, fordi griberens "hængsler" er fremstillet af et forspændt SiO/SiO ₂ dobbeltlag. Hængslerne er forbundet med en stiv krop og arme, der kun er fremstillet af SiO. Når den udsættes for en saltopløsning, det underliggende offerlag frigiver armene og får dem til at krølle opad og lukke omkring en celle. Som biokompatible og bioresorberbare materialer, tynde film af både SiO og SiO ₂ opløses i biologiske væsker over tid.

Forskerne viste, at ved hjælp af fotolitografi, griberne kunne fremstilles i størrelser fra 10 til 70 µm fra spids til spids, når de er åbne, hvilket er et passende størrelsesinterval til at forstå en række individuelle celler. Gribere kan fås til at folde i vinkler fra 90 ° til 115 ° ved at kontrollere dobbeltlags filmtykkelse. Fordi griberne har spalteåbninger i krydset mellem armene, næringsstoffer, spild, og andre biokemikalier kan let strømme til og fra cellerne. Eksperimenter bekræftede, at griberne ikke dræbte cellerne, selvom nogle celler passede til gribernes form. Fordi griberne er optisk transparente, de er ideelle til billeddannelse af de fangede celler ved hjælp af optiske mikroskoper. Selvom tidspunktet for gribernes lukning i øjeblikket ikke kan kontrolleres, forskerne forklarer, at det i fremtiden kan være muligt at sætte dem i stand til at reagere på og lukke omkring bestemte kemikalier.

"Lige nu lukker griberne spontant ved frigivelse fra substratet, så indfangningen er statistisk, "Gracias sagde." Andre steder har vi vist med større gribere, at en polymerudløser kan tilføjes for at gøre sådanne værktøjer lydhøre over for temperatur og endda enzymer som f.eks. Proteaser. Så enkeltcelle griberne kan også potentielt blive reageret på enkeltceller, når de er belagt med de passende genkendelseselementer. "

Fordi griberne er så små, de har potentiale til at blive brugt i mange dele af kroppen. For eksempel, de kunne passere gennem smalle ledninger i kredsløbet, centralnervøs, og urogenitale systemer. For disse in vivo anvendelser, griberne kunne styres af ferromagnetiske elementer, og mønstrede biomarkører på dem kunne bruges til at målrette mod specifikke syge celler. Til in vitro anvendelser, vejledning kunne også opnås ved at dopere griberne med magnetiske elementer såsom nikkel, og ved hjælp af magnetfelter til at flytte griberne. Samlet set, de små værktøjer har potentiale til at skabe store forbedringer på mange områder af medicinen, som forskerne planlægger at arbejde videre med.

"På den in vitro siden forsøger vi at udvikle et assay med høj kapacitet til indfangning og analyse af enkeltceller ved hjælp af optiske og elektriske modaliteter på en chip, "Sagde Gracias." På in vivo side, vi vil gerne undersøge muligheden for biopsi og cellespecifik optagelse på svært tilgængelige steder in vivo . "

© 2014 Phys.org