Udfører mobiloperation med et laserdrevet nanoblade

For at studere visse aspekter af celler, forskere har brug for evnen til at fjerne de inderste ting, manipulere dem, og læg dem tilbage. Mulighederne for denne slags arbejde er begrænsede, men forskere rapporterer 10. maj in Celle metabolisme beskrive en "nanoblade", der kan skære gennem en celles membran for at indsætte mitokondrier. Forskerne har tidligere brugt denne teknologi til at overføre andre materialer mellem celler og håber at kommercialisere nanobladen til bredere brug inden for bioingeniør.

"Som et nyt værktøj til celleteknik, virkelig at konstruere celler til sundhedsformål og forskning, Jeg synes, det er meget unikt, "siger Mike Teitell, en patolog og bioingeniør ved University of California, Los Angeles (UCLA). "Vi er ikke stødt på noget indtil nu, op til et par mikrometer i størrelse, som vi ikke kan levere. ”

Teitell og Pei-Yu "Eric" Chiou, også en bioingeniør ved UCLA, opfattede først ideen om en nanoblade for flere år siden for at overføre en kerne fra en celle til en anden. Imidlertid, de dykkede hurtigt ind i skæringspunktet mellem stamcellebiologi og energimetabolisme, hvor teknologien kunne bruges til at manipulere en celles mitokondrier. Undersøgelse af virkningerne af mutationer i mitokondriegenomet, som kan forårsage invaliderende eller dødelige sygdomme hos mennesker, er vanskelig af flere årsager.

"Der er en flaskehals i feltet til at ændre en celles mitokondrielle DNA, "siger Teitell." Så vi arbejder på en totrinsproces:rediger mitokondrielle genom uden for en celle, og tag derefter de manipulerede mitokondrier og sæt dem tilbage i cellen. Vi arbejder stadig på det første trin, men vi har løst den anden ganske godt. "

Nanoblade -apparatet består af et mikroskop, laser, og titaniumbelagt mikropipette til at fungere som "bladet, "betjenes ved hjælp af en joystick -controller. Når en laserpuls rammer titanen, metallet varmes op, fordampe de omgivende vandlag i kulturmediet og danne en boble ved siden af ​​en celle. Inden for et mikrosekund, boblen udvider sig, genererer en lokal kraft, der punkterer cellemembranen og skaber en passage, der er flere mikron lang, som "lasten" - i dette tilfælde, mitokondrier - kan skubbes igennem. Cellen reparerer derefter membranfejlen hurtigt.

Teitell, Chiou, og deres team brugte nanobladen til at indsætte mærkede mitokondrier fra humane brystkræftceller og embryonale nyreceller i celler uden mitokondrielt DNA. Da de efterfølgende sekventerede det nukleare og mitokondrielle DNA, forskerne så, at mitokondrierne var blevet overført og replikeret med succes af 2% af cellerne, med en række funktioner. Andre metoder til mitokondriel overførsel er svære at kontrollere, og når de er blevet rapporteret til at fungere, succesraterne har kun været 0,0001% -0,5% ifølge forskerne.

"Succesen med mitokondrieoverførslen var meget opmuntrende, "siger Chiou." Den mest spændende applikation til nanoblade, til mig, er i undersøgelsen af ​​mitokondrier og infektionssygdomme. Denne teknologi bringer nye muligheder til at hjælpe med at fremme disse felter. "

Teamets ambitioner går også langt ud over mitokondrier, og de har allerede opskaleret nanoblade-apparatet til en automatiseret version med høj kapacitet. "Vi ønsker at lave en platform, der er let at bruge for alle og give forskere mulighed for at udtænke alt, hvad de kan tænke på et par mikron eller mindre, som ville være nyttigt for deres forskning - uanset om det er at indsætte antistoffer, bakterier, syntetiske materialer, eller noget andet, som vi ikke har forestillet os, "siger Teitell." Det ville være meget fedt at tillade folk at gøre noget, som de ikke kan gøre lige nu. "