Клетки в жидкой среде начинают парить, затем зависают на определённой высоте. Без физического контакта невидимая сила направляет определённые клетки синхронно подниматься или опускаться, словно мини-подлодки.
Но здесь нет никакого трюка. Всё происходит в новом устройстве для сортировки клеток, которое использует электромагнитную левитацию для точного управления движением клеток. Устройство разработано исследователями из Стэнфордской медицины и их коллегами. Оно может использоваться для разделения различных типов клеток — например, раковых клеток от здоровых или живых клеток от мёртвых.
«В клинических условиях у вас может быть небольшой образец биопсии, и вы хотите изучить определённые клетки и сохранить их жизнеспособность для дальнейшего геномного тестирования — это было бы идеальным применением для этой технологии», — говорит Гозде Дурмус, доктор философии, доцент кафедры радиологии и старший автор статьи, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Как работает Electro-LEV
В отличие от других методов сортировки клеток, новое устройство, называемое Electro-LEV, не требует прикрепления к клеткам флуоресцентных меток или антител, а также не предполагает воздействия на них агрессивных химических веществ или центробежных сил. Вместо этого клетки разделяются на основе их плотности и магнитной восприимчивости.
«Мы можем сортировать их мягко», — говорит Дурмус.
Electro-LEV основан на простой системе магнитной левитации, разработанной Дурмус более десяти лет назад. В 2015 году она опубликовала статью, показывающую, что система может левитировать практически любой тип клеток.
«Клетки могут левитировать, потому что всё на Земле имеет некоторые врождённые магнитные свойства», — сказала Дурмус.
Система магнитной левитации состоит из пары магнитов, каждый размером примерно с жевательную резинку и немного сильнее обычных магнитов на холодильнике, расположенных друг над другом северным полюсом к северному и южным к южному.
Узкий стеклянный капилляр диаметром 1 миллиметр размещён между двумя магнитами. Клетки в парамагнитном растворе проходят через капилляр. (Парамагнитные растворы, такие как контрастные вещества, используемые для усиления МРТ-сканирований, слегка усиливают внешнее магнитное поле.)
«Магнитные силы, с которыми мы работаем, очень малы, около 0,4 Тесла, — говорит Дурмус. — Но прелесть нашей системы в том, что мы располагаем магниты так близко друг к другу, что градиент магнитного поля очень большой. В этом и заключается хитрость».
Градиент магнитного поля — это изменение напряжённости магнитного поля на расстоянии, которое увеличивается, когда два магнита расположены ближе друг к другу. Чем больше градиент, тем больше сила, действующая на объекты в поле.
Внутри капилляра градиент магнитного поля заставляет клетки левитировать до точки равновесия. Точная высота во многом зависит от плотности клетки, которая различается в зависимости от типа и состояния клетки.
Новое устройство добавляет к магнитам электромагнитные катушки. Регулируя электрический ток, протекающий через катушки, исследователи могут мгновенно изменять магнитную силу, действующую на клетки.
«С нашей текущей конструкцией вы можете очень точно манипулировать клетками, чтобы разделить их дальше», — говорит Дурмус.
Клетки, парящие на разных высотах, сортируются по мере выхода из капилляра, который разветвляется на верхний и нижний выходы.
«Если сортировка идёт не очень хорошо, вы просто меняете ток, — говорит Дурмус. — Всё находится под вашим контролем в режиме реального времени, так что это более удобно для пользователя».
В новом исследовании исследователи продемонстрировали, что Electro-LEV может точно настраивать левитацию различных типов клеток, включая клетки рака молочной железы, клетки рака лёгких, фибробласты и белые кровяные тельца.
Они также проверили способность системы решать распространённую проблему при подготовке биологических образцов — отделение живых клеток от мёртвых. Для точного секвенирования РНК отдельных клеток и скрининга токсичности лекарств, например, мёртвые клетки необходимо отсеять. А при трансплантации стволовых клеток мёртвые клетки могут вызвать опасные воспалительные реакции.
К счастью, мёртвые клетки не летают так высоко, как живые. «Как только клетки умирают, обычно их клеточные мембраны повреждаются, и они становятся более проницаемыми, поэтому они поглощают больше парамагнитного раствора и становятся более плотными», — говорит Дурмус.
Когда исследователи начали с образца, содержащего 50% живых клеток, они обнаружили, что Electro-LEV может достаточно хорошо отсортировать живые и мёртвые клетки, чтобы получить образец, содержащий около 93% живых клеток. Даже при исходном образце, содержащем только 10% живых клеток, Electro-LEV может получить образец, содержащий около 70% живых клеток.
Система может даже иметь потенциал для сортировки клеток со сходной плотностью. Исследователи обнаружили, что по сравнению с одиночными раковыми клетками кластеры раковых клеток реагируют быстрее на изменения магнитного поля. Это связано с тем, что у одиночных клеток больше площади поверхности относительно их объёма, и они испытывают большее сопротивление.
Это явление позволяет предположить, что скорость левитации может быть способом мониторинга кластеров раковых клеток, которые, как правило, более агрессивны и с большей вероятностью вызывают метастазы, говорит Дурмус.
Она предполагает широкие возможности применения электромагнитной левитации, сортируя всё — от раковых клеток до микробов, собирая клетки в органоиды или даже управляя микророботами.
«Это широкая, универсальная платформа, — говорит Дурмус. — Я думаю, что будут применения, о которых мы ещё даже не думали».
Мертмет Бурчин Унлу, исследователь из Университета Озйегин в Турции, также внёс свой вклад в работу.
Предоставлено Стэнфордским университетом.
Другие новости по теме
- Платформа на микрочипах выявляет пробелы в вакцинации и устойчивость к антибиотикам
- Доисторический зоопарк в пещере: учёные обнаружили 46 видов животных ледникового периода
- Гриб с цветочным ароматом заманивает комаров на гибель
- Точные даты снегопадов, которые могут парализовать Нью-Йорк, только что были названы — и они близки
- Ранний эксперимент на заре эволюции динозавров: обнаружение
- Генетический вариант, защищающий от распространения норовируса, появился с приходом сельского хозяйства, свидетельствует ДНК доисторических людей
- Гибкий метод подгонки преобразует изображения высокоскоростной атомно-силовой микроскопии в точные модели движения белков
- Крошечная окаменелость указывает на то, что в древней Новой Зеландии жили шалашниковые птицы — новое исследование
- Новый вид плотоядного динозавра, который когда-то бродил по Южному Уэльсу: революция в области технологий визуализации
- Спутник GOES-19 снял Землю на фоне Солнца
Другие новости на сайте
- McLaren W1 становится ближе к реальности после испытаний в Аризоне
- McLaren W1 становится ближе к реальности после испытаний в Аризоне
- ИИ сопоставим с оценщиками-людьми в ранжировании ответов на экзамене по макроэкономике
- McLaren W1 становится ближе к реальности после испытаний в Аризоне
- McLaren W1 становится ближе к реальности после испытаний в Аризоне
- Движение бактерий помогает понять распределение самодвижущихся частиц в системах активного вещества
- Как акционеры-заёмщики максимизируют доходы на рынках: роль кредитных комиссий
- Давая отходам из пластика вторую жизнь в виде высокоэффективных углеродных наноматериалов
- Выявлено истинное орудие гибели армии Наполеона: результаты анализа ДНК
- Как сеть «борьба или бегство» помогает аксолотлям регенерировать части тела