In een nieuwe studie gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences , onderzoekers van de Universiteit van Toronto hebben een nieuwe en niet-invasieve manier aangetoond om cellen te manipuleren door middel van microrobotica.

Celmanipulatie - het verplaatsen van kleine deeltjes van de ene plaats naar de andere - is een integraal onderdeel van veel wetenschappelijke inspanningen. Een methode om cellen te manipuleren is door middel van opto-elektronische pincetten (OET), die verschillende lichtpatronen gebruiken om direct te interageren met het object van belang.

Door deze directe interactie er zijn beperkingen aan de kracht die kan worden uitgeoefend en de snelheid waarmee het celmateriaal kan worden gemanipuleerd. Dit is waar het gebruik van microrobotica nuttig wordt.

Een team van onderzoekers onder leiding van postdoctoraal fellow Dr. Shuailong Zhang en professor Aaron Wheeler, hebben microrobots ontworpen (werkend op submillimeterschaal) die door OET kunnen worden bediend voor celmanipulatie.

In plaats van licht te gebruiken voor directe interactie met de cellen, het licht wordt gebruikt om tandradvormige microrobots te sturen die celmateriaal kunnen "opscheppen", vervoeren en vervolgens afleveren. Deze manipulatie kan met hogere snelheden worden gedaan en veroorzaakt minder schade aan het materiaal in vergelijking met traditionele OET-methoden.

"Het vermogen van deze door licht aangedreven microrobots om niet-invasieve en nauwkeurige controle uit te voeren, isolatie en analyse van cellen in een complexe biologische omgeving maken ze tot een zeer krachtig hulpmiddel, " zegt Zhang.

"Traditionele technieken die worden gebruikt om afzonderlijke cellen te manipuleren terwijl ze door microscopie worden geëvalueerd, zijn traag en vervelend, veel expertise nodig om uit te voeren, " zegt Wheeler, een professor in de afdeling scheikunde met dubbele benoemingen bij het Institute of Biomaterials and Biomedical Engineering (IBBME) en het Donnelly Center for Cellular and Biomolecular Research.

"Maar deze microrobots zijn goedkoop en zeer eenvoudig te gebruiken en ze hebben een breed scala aan toepassingen in de biowetenschappen en daarbuiten."

Naast celanalyse, de microrobots kunnen ook worden gebruikt bij celsortering (voor klonale expansie), RNA-sequencing en cel-celfusie (vaak gebruikt bij de productie van antilichamen).

Cindi Morshead, een professor in IBBME en chirurgie, en voorzitter van de afdeling anatomie, is co-auteur van de studie. In Morshead's lab in het Donnelly Centre, haar onderzoek in regeneratieve geneeskunde werkt met neurale stamcellen die zich in de hersenen en het ruggenmerg bevinden.

"Neurale stamcellen reageren op een groot aantal signalen en omgevingsstimuli in hun niche, en deze veranderen met letsel, dus plagen uit de signalen, en celreacties, is een enorme uitdaging wanneer we proberen het potentieel van stamcellen voor neurale reparatie te benutten, ' zegt Morshead.

"Deze microrobots zorgen voor een uitstekende controle van de cellen en hun micro-omgeving, hulpmiddelen die we nodig hebben om te leren hoe we de stamcellen het beste kunnen activeren."