μkiss:En ny metode til præcis levering af nanopartikler og små molekyler til individuelle celler

Levering af eksperimentelle materialer til individuelle celler med nøjagtighed og eksklusivitet har længe været en uhåndgribelig og meget efterspurgt evne i biologi. Med det kommer løftet om at dechifrere mange langvarige hemmeligheder i cellen.

Et forskerhold ved Max-Planck-Zentrum für Physik und Medizin, Erlangen ledet af professor Vahid Sandoghdar har nu med succes vist, hvordan små molekyler og enkelte nanopartikler kan påføres direkte på overfladen af ​​celler.

I undersøgelsen, som blev offentliggjort i Nature Methods , beskriver forskerne deres teknik som et "μkys" (microkiss) - en nem og omkostningseffektiv ny metode, der åbner op for nye muligheder inden for enkeltcellevidenskab med henblik på næste generations terapeutiske applikationer.

Traditionelle tilgange inden for biologi overvejer ofte karakteristika på tværs af hele cellepopulationer og savner de nuancerede variationer i egenskaber fra en celle til en anden. For at undersøge biologi mere præcist på det individuelle celleniveau er udviklingen af ​​nye værktøjer og metoder bydende nødvendig.

"Der er stadig et afgørende hul i vores evne til at administrere kemikalier, etiketter og lægemidler til individuelle celler med præcision og kontrol over korte varigheder og små mikroskopiske længdeskalaer," siger professor Vahid Sandoghdar, direktør for Max Planck Institute for Science of Light og Max-Planck-Zentrum für Physik und Medizin. Prof. Sandoghdar og hans team har aktivt taget fat på denne udfordring.

'Som en malerpensel', nem og omkostningseffektiv at bruge

Forskerne udtænkte en enkel, men elegant løsning på dette problem:ved at bruge to tæt placerede mikropipetter med en åbning så lille som kun en mikrometer, kunne forskerne skabe en stabil mikrostørrelse dråbe materiale ved mikropipetteens ender ved at bruge en mikropipette til at dispensere materiale, mens den anden suger det ind med lidt højere hastighed.

"Det er da ligesom en pensel," siger Richard W. Taylor, post-doc forsker og medlem af teamet, og tilføjer:"Du kan nemt manøvrere mikropipetterne rundt og forsigtigt børste denne indesluttede dråbe mod din valgte celle - og levere en lillebitte μkys af materiale."

Denne enkle implementering, ved hjælp af let tilgængelige komponenter, gør det nemt at implementere deres teknik til lave omkostninger på ethvert mikroskop i biologisk orienterede laboratorier.

"Den omkostningseffektive og pragmatiske tilgang til vores løsning er vigtig for dens anvendelse i praksis," siger Prof. Sandoghdar og tilføjer, "Manglen på lignende løsninger har hidtil forsinket fremskridt hen imod nye terapeutiske tilgange på enkeltcelleniveau."

Fuld kontrol over placering, tid og skala

Den nye metode giver forsøgslederen fuld kontrol. "Med μkiss opnår vi en helt ny dimension i den præcise påføring af stoffer på celler," forklarer Cornelia Holler, doktorand i biologi og medlem af forskergruppen. Materialer kan nu leveres præcist til enhver valgt celle på subcellulært niveau med fuldstændig kontrol over den tid og position, hvor materialet er i kontakt med cellen.

"Vi kan nu se hele biologiske processer, såsom optagelsen af ​​jern i cellen, uden at gå glip af et trin - dette giver os mulighed for endelig at samle puslespillet om de komplekse karakteristika for hver enkelt celle," siger Holler.

For nylig opnåede holdet den præcise placering af en enkelt viruslignende partikel på en levende celle. Denne eksperimentelle evne skaber en mulighed for at undersøge forviklingerne ved sygdomsudbredelse, hvilket giver fuld kontrol over lokaliteten, timingen og omfanget af celleinfektion.

"Evnen til at μkysse åbner nye veje for kvantitative undersøgelser inden for cellebiologi og medicin," siger professor Sandoghdar.

Flere oplysninger: Cornelia Holler et al., En pensel til levering af nanopartikler og molekyler til levende celler med præcis spatiotemporal kontrol, Naturmetoder (2024). DOI:10.1038/s41592-024-02177-x

Leveret af Max Planck Institute for the Science of Light