Микро-пальцы для манипуляции одиночными клетками
Функциональный анализ клетки — фундаментальной единицы жизни — важен для получения новых знаний в медицине и фармацевтике. Для эффективного изучения клеточных функций необходимо воссоздавать клеточное микроокружение с помощью параллельного манипулирования одиночными клетками. Были разработаны различные методы манипуляции клетками, включая флюидные, оптические и электрические.
Однако всем этим методам не хватает гибкости в отношении изменения типа, количества и местоположения клеток. Кроме того, манипуляции, проводимые в замкнутых средах, таких как микро-каналы, ограничивают доступ к клеткам. Идеальным было бы, если бы инструмент работал подобно захвату и перемещению клеток пальцами.
Исследователи из Технологического университета Тоёхаси (Департамент машиностроения) разработали новый инструмент для манипуляции клетками, который может захватывать и высвобождать одиночные клетки в параллельном расположении в открытых микролунках. Учёные создали массив полых микрозондов для повышения пропускной способности и достижения гибкости в манипуляциях с одиночными клетками. Микрозонды работают как микро-пальцы, захватывающие человеческие клетки. Одиночные клетки захватывались с помощью всасывания и высвобождались потоком, создаваемым через микроканалы вдоль центра зондов.
«Параллельные и универсальные инструменты для манипуляции клетками необходимы для биомедицинских инноваций», — сказал доцент Моэто Нагаи. «Микротехнологии предлагают массово-параллельные микроструктуры, близкие по размеру к человеческой клетке».
«Мы изготовили массив полых микрозондов с заданными диаметрами, высотами и количеством из кремниевой подложки, используя методы микрообработки. Одиночные клетки захватывались на кончиках зондов с помощью всасывающего потока. Затем клетки высвобождались и размещались в массиве микролунок», — пояснил Нагаи.
Исследовательская группа разработала принцип проектирования зондов для минимально инвазивного манипулирования одиночными клетками. Они провели эксперимент по аспирации клеток стеклянной пипеткой и смоделировали клетку, получив информацию для проектирования полых ступенчатых зондов. На основе этих данных исследователи спроектировали и изготовили оптимальные зонды. После проб и ошибок клетки были размещены и культивированы в микролунках с помощью зондов, и клетки продолжали сохранять активность.
Предложенная система манипуляции позволяет размещать клетки в массиве микролунок и наблюдать за их адгезией, распространением, культивированием и гибелью. Эта система может использоваться как инструмент для трёхмерных гетероклеточных анализов. В будущем система будет доработана для воссоздания микроокружения стволовых клеток вне живого организма, что поможет исследованиям стволовых клеток для регенеративной медицины.