Эксперимент: наночастицы управляли тысячами клеток

Инженеры из Калифорнийского университета смогли с помощью магнитных наночастиц одновременно управлять движением тысяч живых клеток.

Используя кластеры магнитных наночастиц примерно в 1000 раз меньше толщины человеческого волоса, исследователи из Калифорнийского университета продемонстрировали возможность манипуляции делением и развитием тысяч живых клеток.

Новый инструмент для манипулирования клетками можно использовать для изучения процесса развития живой ткани, а также в онкологических исследованиях – чтобы понять, как клетки перемещаются и внедряются в здоровые ткани.

Клетка присоединилась к наночастицам (темно-синий цвет), что вызвало образование филоподий (зеленый цвет). Размер клетки составляет примерно 30 мкм

Живую клетку можно считать сложной биологической машиной, которая получает определенные исходные и производит специфический результат, такой как рост, движение, деление или производство специфических молекул. Контролировать эти процессы очень сложно, поскольку до сих пор у ученых не было инструмента, позволяющего работать внутри крошечной живой клетки. При этом такой инструмент должен одновременно работать со многими тысячами клеток, иначе эксперименты станут слишком трудоемкими и продолжительными.

Чтобы решить эту проблему, американские ученые разработали технологию, позволяющую с высокой точностью манипулировать магнитными наночастицами внутри клеток несложной формы. Наночастицы могут оказывать механическое воздействие на тысячи клеток и таким образом дают ученым знание об усредненной реакции клеток на то или иное воздействие.

Ученым впервые удалось преодолеть проблему перемещения очень мелких частиц (каждая размером 100 нанометров) через вязкую внутреннюю субстанцию клетки. Для этого использовали ферромагнитные технологии, позволяющие "включать" и "выключать" магнитные материалы. Также был разработан метод внедрения ферромагнитных блоков в микромасштабное стекло, а затем найден способ точно размещать отдельные клетки в непосредственной близости от этих блоков, на которые предварительно нанесли белки, удерживающие клетки.

Под воздействием внешнего магнитного поля ферромагнитные блоки включаются и тянут наночастицы внутрь клеток в определенных направлениях. Несмотря на кажущуюся простоту такого воздействия, тысячи живых клеток реагировали на него несколькими разными способами. В частности клетки начинали делиться, поскольку процесс деления зависит от формы клетки и точки ее крепления к поверхности.

По словам исследователей, новая технология поможет пролить свет на сложные процессы формирования тканей в период эмбрионального развития. Кроме того, наночастицы можно покрыть различными молекулами, которые играют важную роль в клеточной сигнализации. Таким образом можно, например, узнать, какое расположение молекул в клетке вызывает определенное поведение и каким образом клетки выполняют полезные функции.