(Phys.org) - Inga två biologiska celler är exakt samma. Även ett litet biopsierat tumörprov innehåller celler med stora variationer i deras spridningshastighet, potential för metastaser, läkemedelslydnad, etc. Dock på grund av den stora storleken på verktygen som används för att analysera cellerna, data som samlas in från vävnadsprover är ofta i genomsnitt över en mängd celler. Som sådan, det kanske inte exakt representerar beteendet hos enskilda celler av intresse. Eftersom analys av enskilda celler är mycket viktigt för att utforma effektiva behandlingar, forskare arbetar med sätt att fånga enstaka celler, och många av dem på en gång.

I en ny studie publicerad i Nano bokstäver , forskare från Johns Hopkins University i Baltimore, Maryland, och US Army Research Laboratory i Adelphi, Maryland, har designat och tillverkat små självfällande gripare som kan fånga enskilda celler under i vitro och potentiellt i vivo miljöer. Griparna kan massproduceras, med kanske 100 miljoner på en 12-tums skiva, och potentiellt riktad till en specifik del av kroppen för att fånga specifika celltyper. Ungefär som det sätt på vilket en Venus flugfälla fångar sitt byte, de självfällande griparna omsluter sina armar runt målceller, fast utan att döda dem. I experiment, forskarna visade att griparna kan fånga musfibroblastceller in vitro , liksom röda blodkroppar.

"Vi tror att detta är ett viktigt steg mot ett mål att fånga och analysera enskilda celler i samma enhet på ett högt genomströmningssätt under båda in vitro och in vivo betingelser, "David H. Gracias, Professor vid Johns Hopkins University, berättade Phys.org .

Denna gripare är inte den första enheten som kan fånga enskilda celler. För närvarande, ett brett spektrum av tekniker som optiska och mikrofluidiska fällor, flödescytometri (där en laser används för att suspendera celler i en ström av vätska), mikrobrunnar och till och med miniatyrrobotutrustning finns tillgängliga för in vitro enkelcellsanalys. Dock, dessa tekniker möter problem som att tappa greppet om celler eller att kräva trådar och fästen som begränsar rörligheten, begränsa deras användning.

Den självviktande griparen som utvecklats i den nya studien övervinner dessa problem eftersom den har förmågan att ta tag i celler som bara använder energi från att frigöra stress i sina egna material, utan behov av ledningar, tårar, eller batterier. Gripmekanismen uppstår eftersom griparens "gångjärn" är gjorda av ett förspänt SiO/SiO ₂ tvåskikt. Gångjärnen är anslutna till en stel kropp och armar gjorda av endast SiO. Vid exponering för en saltlösning, det underliggande offerskiktet frigör armarna och får dem att krypa uppåt och stänga runt en cell. Som biokompatibla och bioresorberbara material, tunna filmer av både SiO och SiO ₂ löses upp i biologiska vätskor över tiden.

Forskarna visade att med fotolitografi, griparna kan tillverkas i storlekar från 10 till 70 µm från spets till spets när de är öppna, vilket är ett lämpligt storleksintervall för att förstå en mängd olika enskilda celler. Grippare kan fås att vika i vinklar som sträcker sig från 90 ° till 115 ° genom att kontrollera dubbelskiktsfilmens tjocklek. Eftersom griparna har slitsöppningar i skärningspunkten mellan armarna, näringsämnen, avfall, och andra biokemikalier kan enkelt flöda till och från cellerna. Experiment bekräftade att griparna inte dödade cellerna, även om vissa celler överensstämde med griparnas form. Eftersom griparna är optiskt transparenta, de är idealiska för att avbilda de fångade cellerna med hjälp av optiska mikroskop. Även om tidpunkten för griparnas stängning för närvarande inte kan kontrolleras, forskarna förklarar att det i framtiden kan vara möjligt att göra det möjligt för dem att reagera på och stänga kring specifika kemikalier.

"Just nu stänger griparna spontant vid frigöring från substratet, så fångsten är statistisk, "Gracias sa." På andra håll har vi visat med större gripare att en polymerutlösare kan läggas till för att göra sådana verktyg mottagliga för temperatur och till och med enzymer som proteaser. Så encellsgrepparna kan också potentiellt reagera på enstaka celler när de är belagda med lämpliga igenkänningselement. "

Eftersom griparna är så små, de har potential att användas i många delar av kroppen. Till exempel, de kunde passera genom smala ledningar i cirkulationssystemet, centralnervös, och urogenitala system. För dessa in vivo användningsområden, griparna kan styras av ferromagnetiska element, och mönstrade biomarkörer på dem kan användas för att rikta specifika sjuka celler. För in vitro användningsområden, styrning kan också uppnås genom att dopa griparna med magnetiska element som nickel, och använda magnetfält för att flytta griparna. Övergripande, de små verktygen har potential att skapa stora förbättringar inom många områden inom medicin, som forskarna planerar att fortsätta arbeta med.

"På in vitro sidan försöker vi utveckla en analys med hög kapacitet för fångst och analys av enstaka celler med hjälp av optiska och elektriska metoder på ett chip, "Sade Gracias." På in vivo sida, vi skulle vilja undersöka möjligheten för biopsi och cellspecifik fångst på svåråtkomliga platser in vivo . "

© 2014 Phys.org