Med hjälp av elektriska impulser, "pincetten" kan extrahera enda DNA, proteiner och organeller från levande celler utan att förstöra dem.

Vi utökar kontinuerligt vår kunskap om hur celler fungerar, men många obesvarade frågor återstår. Detta gäller särskilt för enskilda celler som är av samma typ, som hjärnan, muskel- eller fettceller, men har mycket olika kompositioner på enmolekylnivå.

Att katalogisera mångfalden av till synes identiska celler kan hjälpa forskare att bättre förstå grundläggande cellulära processer och designa förbättrade modeller av sjukdomar, och även nya patientspecifika behandlingar.

Dock, traditionella metoder för att studera dessa skillnader innebär vanligtvis att cellen spricker, vilket resulterar i att allt innehåll blandas. Detta resulterar inte bara i förlust av rumslig information - hur innehållet utformades i förhållande till varandra, men också i dynamisk information, såsom molekylära förändringar i cellen över tid.

En ny teknik, utvecklat av ett team som leds av professor Joshua Edel och Dr. Alex Ivanov vid Imperial College London, gör det möjligt för forskare att extrahera enstaka molekyler från levande celler, utan att förstöra dem. Forskningen, publiceras idag i tidningen Naturnanoteknik , kan hjälpa forskare att bygga upp en "mänsklig cellatlas", ger ny inblick i hur friska celler fungerar och vad som går fel i sjuka celler.

Professor Joshua Edel, från Institutionen för kemi vid Imperial, sa:"Med vår pincett, vi kan extrahera det minsta antalet molekyler som vi behöver från en cell i realtid, utan att skada den. Vi har visat att vi kan manipulera och extrahera flera olika delar från olika delar av cellen - inklusive mitokondrier från cellkroppen, RNA från olika platser i cytoplasman och till och med DNA från kärnan. "

Pincetten är formad av en vass glasstång som slutar med ett par elektroder tillverkade av ett kolbaserat material ungefär som grafit. Spetsen är mindre än 50 nanometer (en nanometer är en miljonedel av en millimeter) i diameter och delas upp i två elektroder, med ett mellanrum på 10 till 20 nanometer.

Genom att tillämpa en växelströmsspänning, denna lilla lucka skapar ett kraftfullt mycket lokaliserat elektriskt fält som kan fånga och extrahera det lilla innehållet i celler som DNA och transkriptionsfaktorer - molekyler som kan förändra genernas aktivitet.

Metoden bygger på ett fenomen som kallas dielektrofores. Pincetten genererar ett tillräckligt högt elektriskt fält som möjliggör fångst av vissa föremål som enskilda molekyler och partiklar. Möjligheten att plocka ut enskilda molekyler från en cell skiljer den från alternativ teknik.

Tekniken kan eventuellt användas för att utföra experiment som för närvarande inte är möjliga. Till exempel, nervceller kräver mycket energi för att avge meddelanden runt kroppen, så de innehåller många mitokondrier som hjälper dem att fungera. Dock, genom att lägga till eller ta bort mitokondrier från enskilda nervceller, forskare kunde bättre förstå sin roll, särskilt vid neurodegenerativa sjukdomar.

Dr Alex Ivanov, från Institutionen för kemi vid Imperial, sade:"Dessa pincetter i nanoskala kan vara ett viktigt tillskott till verktygslådan för att manipulera enskilda celler och deras delar. Genom att studera levande celler på molekylär nivå, vi kan extrahera enskilda molekyler från samma plats med en aldrig tidigare skådad rumslig upplösning och över flera tidpunkter. Detta kan ge en djupare förståelse för cellulära processer, och för att fastställa varför celler från samma typ kan vara väldigt olika varandra. "

Professor Edel tillade:"Hela projektet möjliggjordes bara av den unika kunskapen och förmågan och entusiasmen hos de unga lagmedlemmarna, inklusive Dr. Binoy Paulose Nadappuram och Dr. Paolo Cadinu, bland andra, som alla har mångsidig expertis och bakgrund. "