Cell Rover: Исследование и модификация внутреннего мира клетки

Исследователи из MIT Media Lab создали миниатюрную антенну, способную работать беспроводным способом внутри живой клетки. Это открывает возможности в медицинской диагностике, лечении и научных исследованиях благодаря потенциалу технологии для мониторинга и даже управления клеточной активностью в реальном времени.

"Самый захватывающий аспект этого исследования — мы можем создавать киборгов на клеточном уровне", — говорит Деблина Саркар, руководитель лаборатории Nano-Cybernetic Biotrek Lab.

Технология, названная исследователями Cell Rover, представляет собой первую демонстрацию антенны, способной работать внутри клетки и совместимой с 3D-биологическими системами. Стандартные биоэлектронные интерфейсы имеют размеры в миллиметры или сантиметры, являются инвазивными и не обеспечивают нужного разрешения для беспроводного взаимодействия с отдельными клетками.

Антенна команды Саркар намного меньше клетки. В исследованиях с ооцитами её объём составлял менее 0.05% от объёма клетки, что минимизирует повреждения.

Ключевая инновация для преодоления ограничений размера — преобразование электромагнитных волн в акустические, длина волны которых на пять порядков меньше. Это достигается за счёт изготовления антенн из магнитострикционного материала.

При приложении переменного магнитного поля изменяющиеся напряжение и давление в материале создают акустические волны в антенне. Для введения "роверов" в клетки была разработана новая стратегия с использованием неоднородного магнитного поля.

Возможности Cell Rover:

• Мониторинг развития или деления клетки в реальном времени in vivo.
• Обнаружение химических веществ, биомолекул (например, ферментов) и физических изменений (например, давления).
• Интеграция с материалами (например, полимерами), меняющими свойства в ответ на биохимические изменения.
• Применение в исследованиях рака и нейродегенеративных заболеваний для отслеживания изменений на уровне отдельных клеток.
• Использование в открытии лекарств для изучения реакции живых клеток.
• В перспективе — выполнение функций внутриклеточных вычислений и обработки информации.
• В исследовании показана возможность работы нескольких Cell Rover'ов внутри одной клетки с коммуникацией между собой и с внешней средой.

"Cell Rover — это инновационная концепция, которая позволяет внедрить технологии sensing, коммуникации и обработки информации внутрь живой клетки", — отмечает Ананта П. Чандракасан, деин Школы инженерии MIT.

Название Cell Rover отсылает к миссии марсохода, но для исследования новой границы — внутреннего мира клетки.