(Phys.org) – Forskare vid UC Santa Cruz har utvecklat ett robotiskt "nanobiopsi"-system som kan extrahera små prover inifrån en levande cell utan att döda den. Encellig nanobiopsiteknik är ett kraftfullt verktyg för forskare som arbetar med att förstå de dynamiska processer som sker i levande celler, enligt Nader Pourmand, professor i biomolekylär teknik vid UCSC:s Baskin School of Engineering.
"Vi kan ta en biopsi från en levande cell och gå tillbaka till samma cell flera gånger under ett par dagar utan att döda den. Med andra teknologier, du måste offra en cell för att analysera den, sade Pourmand, som leder gruppen Biosensors and Bioelectrical Technology vid UCSC.
Nanobiopsiplattformen är den senaste enheten som hans grupp har utvecklat som använder nanopipetter, som är små glasrör som avsmalnar till en fin spets med en diameter på bara 50 till 100 nanometer. "Vi kan skapa nanopipetter i labbet - det kräver inte en dyr nanotillverkningsanläggning, " sa Pourmand. "Att gå in i en cell, dock, problemet är att du inte kan se spetsen, även med ett high-end mikroskop, så du vet inte hur långt bort från cellen det är."
Adam Seger, en postdoktor i labbet (nu på MagArray i Sunnyvale), löste detta problem genom att utveckla ett återkopplingskontrollsystem baserat på ett skräddarsytt scanning ion conductance microscope (SICM). Systemet använder en jonström över spetsen av nanopipetten som en återkopplingssignal, detekterar ett fall i strömmen när spetsen kommer nära cellytan. Ett automatiserat kontrollsystem placerar nanopipettspetsen precis ovanför cellytan och sänker den sedan snabbt för att penetrera cellmembranet. Manipulering av spänningen utlöser det kontrollerade upptaget av en liten mängd cellulärt material. Eftersom tipset är så bra, det orsakar minimal störning av cellen.
I en studie publicerad i ACS Nano , Pourmands grupp använde systemet för att extrahera små mängder cellulärt material från levande celler som uppskattas till cirka 50 femtoliter (en femtoliter är en kvadriljondel av en liter). Det är ungefär en procent av volymen av en mänsklig cell. Forskarna kunde extrahera och sekvensera RNA från enskilda mänskliga cancerceller. De extraherade också mitokondrier (små subcellulära organeller) från mänskliga fibroblaster och sekvenserade mitokondriella DNA.
"Mitokondrier är kända för att vara involverade i många neurodegenerativa sjukdomar. Denna teknik kan användas för att belysa vikten av mutationer i mitokondriernas genom, sa Pourmand.
Det finns många potentiella användningsområden för denna teknik, och Pourmand sa att han är angelägen om att utveckla samarbeten med andra forskare och utforska olika tillämpningar. "Det är en mångsidig plattform för alla som försöker förstå vad som händer inuti cellen, inklusive cancerbiologer, stamcellsbiologer, och andra, " han sa.
