Nanostraws prøver en celles indhold uden skade

Celler i vores kroppe deler sig og ændrer sig over tid, med tusindvis af kemiske reaktioner, der forekommer i hver celle dagligt. Dette gør det svært for forskere at forstå, hvad der sker indeni. Nu, bittesmå nanostraws udviklet af Stanford -forskere tilbyder en metode til prøveudtagning af celleindhold uden at forstyrre dets naturlige processer.

Et problem med den nuværende metode til celleprøvetagning, kaldet lysing, er, at det sprænger cellen. Når cellen er ødelagt, det kan ikke prøves fra igen. Dette nye prøvetagningssystem er baseret på bittesmå rør 600 gange mindre end en hårstreng, der gør det muligt for forskere at prøve en enkelt celle ad gangen. Nanostråene trænger ind i en celles ydre membran, uden at beskadige det, og trække proteiner og genetisk materiale ud fra cellens salte indre.

"Det er som en blodprøve for cellen, " sagde Nicholas Melosh, en lektor i materialevidenskab og ingeniørvidenskab og seniorforfatter på et papir, der beskriver det arbejde, der for nylig blev offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences .

Ikke-destruktiv overvågning

Nanostraw prøvetagningsteknikken, ifølge Melosh, vil i væsentlig grad påvirke vores forståelse af celleudvikling og kan føre til meget sikrere og effektive medicinske behandlinger, fordi teknikken giver mulighed for langsigtet, ikke-destruktiv overvågning.

"Hvad vi håber at gøre, ved at bruge denne teknologi, er at se, hvordan disse celler ændrer sig over tid og være i stand til at udlede, hvordan forskellige miljøforhold og 'kemiske cocktails' påvirker deres udvikling - for at hjælpe med at optimere terapiprocessen, "Sagde Melosh.

Hvis forskere fuldt ud kan forstå, hvordan en celle fungerer, så kan de udvikle behandlinger, der adresserer disse processer direkte. For eksempel, i tilfælde af stamceller, forskere afslører måder at vokse hele, patientspecifikke organer. Tricket er, forskere ved ikke rigtig, hvordan stamceller udvikler sig.

"For stamceller, vi ved, at de kan blive til mange andre celletyper, men vi kender ikke udviklingen - hvordan går de fra stamceller til, sige, hjerteceller? Der er altid et mysterium. Denne prøvetagningsteknik vil give os en klarere idé om, hvordan det gøres, " sagde Yuhong Cao, en kandidatstuderende og førsteforfatter på papiret.

Prøvetagningsteknikken kunne også informere kræftbehandlinger og besvare spørgsmål om, hvorfor nogle kræftceller er resistente over for kemoterapi, mens andre ikke er det.

"Med kemoterapi, der er altid celler, der er resistente, " sagde Cao. "Hvis vi kan følge den intercellulære mekanisme af de overlevende celler, vi kan vide, genetisk, dens reaktion på stoffet."

Efterligner biologi

Prøveudtagningsplatformen, hvorpå nanostråene dyrkes, er lillebitte - omtrent på størrelse med en gummikugle. Det kaldes Nanostraw Extraction (NEX) prøvetagningssystem, og det var designet til at efterligne selve biologien.

I vores kroppe, celler er forbundet med et system af "porte", hvorigennem de sender hinanden næringsstoffer og molekyler, som værelser i et hus forbundet med døråbninger. Disse intercellulære porte, kaldet gap junctions, er det, der inspirerede Melosh for seks år siden, da han forsøgte at bestemme en ikke-destruktiv måde at levere stoffer på, som DNA eller medicin, inde i cellerne. Det nye NEX prøveudtagningssystem er det omvendte, observere hvad der sker inden for frem for at levere noget nyt.

"Det er en super spændende tid for nanoteknologi, " sagde Melosh. "Vi er virkelig ved at nå en skala, hvor det, vi kan lave kontrollerbart, har samme størrelse som biologiske systemer."

Perfektion af nanostraw prøvetagningssystemet

Det tog mange år at bygge NEX -prøvetagningssystemet. Melosh og hans team var ikke kun nødt til at sikre, at celleprøvetagning med denne metode var mulig, de skulle se, at prøverne faktisk var et pålideligt mål for celleindholdet, og at prøver, når det tages over tid, forblev konsekvent.

Når teamet sammenlignede deres celleprøver fra NEX med celleprøver taget ved at bryde cellerne op, de fandt, at 90 procent af prøverne var ens. Meloshs team fandt også ud af, at når de prøvede fra en gruppe celler dag efter dag, visse molekyler, der skulle være til stede på konstante niveauer, forblev de samme, hvilket indikerer, at deres prøvetagning nøjagtigt afspejlede cellens indre.

Med hjælp fra samarbejdspartnere Sergiu P. Pasca, adjunkt i psykiatri og adfærdsvidenskab, og Joseph Wu, professor i radiologi, Melosh og kolleger testede NEX-prøvetagningsmetoden ikke kun med generiske cellelinjer, men også med menneskeligt hjertevæv og hjerneceller dyrket fra stamceller. I hvert tilfælde, nanostraw -prøvetagningen afspejlede det samme cellulære indhold som lysering af cellerne.

Målet med at udvikle denne teknologi, ifølge Melosh, skulle gøre en indflydelse inden for medicinsk biologi ved at levere en platform, som ethvert laboratorium kunne bygge. Kun få laboratorier over hele kloden, indtil nu, bruger nanostrå i celleforskning, men Melosh forventer, at det tal vil vokse dramatisk.

"Vi ønsker, at så mange mennesker bruger denne teknologi som muligt, " sagde han. "Vi forsøger at hjælpe med at fremme videnskab og teknologi til gavn for menneskeheden."