I en ny studie publicerad i Proceedings of the National Academy of Sciences , forskare från University of Toronto har visat ett nytt och icke-invasivt sätt att manipulera celler genom mikrorobotik.

Cellmanipulation – att flytta små partiklar från en plats till en annan – är en integrerad del av många vetenskapliga strävanden. En metod för att manipulera celler är genom optoelektronisk pincett (OET), som använder olika ljusmönster för att direkt interagera med föremålet av intresse.

På grund av denna direkta interaktion, det finns begränsningar för kraften som kan appliceras och hastigheten med vilken cellmaterialet kan manipuleras. Det är här användningen av mikrorobotik blir användbar.

Ett team av forskare ledda av postdoktor Dr Shuailong Zhang och professor Aaron Wheeler, har designat mikrorobotar (som arbetar i submillimeterskala) som kan drivas av OET för cellmanipulation.

Istället för att använda ljus för att direkt interagera med cellerna, ljuset används för att styra kugghjulsformade mikrorobotar som kan "skola upp" cellmaterial, transportera den och sedan leverera den. Denna manipulation kan göras med högre hastigheter samtidigt som den orsakar mindre skada på materialet jämfört med traditionella OET-metoder.

"Förmågan hos dessa ljusdrivna mikrorobotar att utföra icke-invasiv och exakt kontroll, isolering och analys av celler i komplex biologisk miljö gör dem till ett mycket kraftfullt verktyg, säger Zhang.

"Traditionella tekniker som används för att manipulera enstaka celler samtidigt som man utvärderar dem med mikroskopi är långsamma och tråkiga, kräver mycket expertis att utföra, säger Wheeler, en professor vid avdelningen för kemi med korsutnämningar till Institute of Biomaterials and Biomedical Engineering (IBBME) och Donnelly Center for Cellular and Biomolecular Research.

"Men dessa mikrorobotar är billiga och mycket enkla att använda och de har ett brett utbud av applikationer inom life science och vidare."

Förutom cellanalys, mikrorobotarna kan också användas i cellsortering (för klonal expansion), RNA-sekvensering och cell-cellfusion (används vanligen vid produktion av antikroppar).

Cindi Morshead, professor i IBBME och kirurgi, och ordförande för avdelningen för anatomi, är medförfattare till studien. I Morsheads labb vid Donnelly Centre, hennes forskning inom regenerativ medicin arbetar med neurala stamceller som finns i hjärnan och ryggmärgen.

"Neurala stamceller är lyhörda för en mängd signaler och miljöstimuli i sin nisch, och dessa förändras med skada, så retas ut signalerna, och cellsvar, är en stor utmaning när vi försöker utnyttja stamcellernas potential för neural reparation, säger Morshead.

"Dessa mikrorobotar möjliggör en utsökt kontroll av cellerna och deras mikromiljö, verktyg som vi kommer att behöva för att lära oss hur man bäst aktiverar stamcellerna."