(Phys.org) —Geen twee biologische cellen zijn precies hetzelfde. Zelfs een klein tumorbiopsiemonster bevat cellen met grote variaties in hun proliferatiesnelheid, kans op metastase, responsiviteit van medicijnen, enz. Echter, vanwege de grote omvang van de instrumenten die worden gebruikt om de cellen te analyseren, gegevens die uit weefselmonsters worden verzameld, worden vaak gemiddeld over een groot aantal cellen. Als zodanig, het geeft mogelijk niet nauwkeurig het gedrag van individuele cellen van belang weer. Aangezien het analyseren van individuele cellen erg belangrijk is voor het ontwerpen van effectieve behandelingen, onderzoekers werken aan manieren om afzonderlijke cellen te vangen, en veel tegelijk.

In een nieuwe studie gepubliceerd in Nano-letters , onderzoekers van de Johns Hopkins University in Baltimore, Maryland, en het onderzoekslaboratorium van het Amerikaanse leger in Adelphi, Maryland, hebben kleine zelfvouwende grijpers ontworpen en gefabriceerd die individuele cellen eronder kunnen vangen in vitro en mogelijk in levend omgevingen. De grijpers kunnen in massa worden geproduceerd, met misschien 100 miljoen op een 12-inch wafer, en mogelijk gericht op een specifiek deel van het lichaam om specifieke soorten cellen te vangen. Een beetje zoals de manier waarop een Flytrap van Venus zijn prooi vangt, de zelfvouwende grijpers omsluiten hun armen om de doelcellen, maar zonder ze te doden. Bij experimenten, de onderzoekers toonden aan dat de grijpers fibroblastcellen van muizen kunnen vangen in vitro , evenals rode bloedcellen.

"Wij geloven dat dit een belangrijke stap is in de richting van een doel om afzonderlijke cellen binnen hetzelfde apparaat op een manier met hoge doorvoer vast te leggen en te analyseren onder zowel in vitro en in vivo voorwaarden, "David H. Gracias, Professor aan de Johns Hopkins University, vertelde Phys.org .

Deze grijper is niet het eerste apparaat dat individuele cellen kan opvangen. Momenteel, een breed scala aan technieken zoals optische en microfluïdische vallen, flowcytometrie (waarbij een laser wordt gebruikt om cellen in een stroom vloeistof op te hangen), microwells en zelfs miniatuur robotapparaten zijn beschikbaar voor in vitro eencellige analyse. Echter, deze technieken worden geconfronteerd met problemen zoals het verliezen van hun grip op cellen of het vereisen van draden en koorden die de mobiliteit beperken, het gebruik ervan beperken.

De zelfvouwende grijper die in de nieuwe studie is ontwikkeld, overwint deze problemen omdat hij de mogelijkheid heeft om cellen vast te pakken met alleen energie van het vrijkomen van stress in zijn eigen materialen, zonder dat er draden nodig zijn, vastbinden, of batterijen. Het grijpmechanisme treedt op omdat de "scharnieren" van de grijper zijn gemaakt van een voorgespannen SiO/SiO ₂ dubbellaags. De scharnieren zijn verbonden met een stijf lichaam en armen gemaakt van alleen SiO. Bij blootstelling aan een zoutoplossing, de onderliggende opofferingslaag laat de armen los en zorgt ervoor dat ze omhoog krullen en zich om een ​​cel sluiten. Als biocompatibele en bioresorbeerbare materialen, dunne films van zowel SiO als SiO ₂ oplossen in biologische vloeistoffen na verloop van tijd.

De onderzoekers toonden aan dat, met behulp van fotolithografie, de grijpers kunnen worden gefabriceerd in maten variërend van 10 tot 70 µm van punt tot punt in geopende toestand, wat een geschikt groottebereik is om een ​​verscheidenheid aan individuele cellen te begrijpen. Grijpers zouden kunnen worden gemaakt om te vouwen onder hoeken variërend van 90° tot 115 ° door de dubbellaagse filmdikte te regelen. Doordat de grijpers spleetopeningen hebben op de kruising van de armen, voedingsstoffen, verspilling, en andere biochemicaliën kunnen gemakkelijk van en naar de cellen stromen. Experimenten bevestigden dat de grijpers de cellen niet doodden, hoewel sommige cellen zich aanpasten aan de vorm van de grijpers. Doordat de grijpers optisch transparant zijn, ze zijn ideaal voor het afbeelden van de ingesloten cellen met behulp van optische microscopen. Hoewel de timing van het sluiten van de grijpers momenteel niet kan worden gecontroleerd, de onderzoekers leggen uit dat het in de toekomst mogelijk kan zijn om ze in staat te stellen te reageren op en om zich heen te sluiten rond specifieke chemicaliën.

"Op dit moment sluiten de grijpers spontaan bij het loslaten van het substraat, dus de vangst is statistisch, " zei Gracias. "Elders hebben we met grotere grijpers aangetoond dat een polymeertrigger kan worden toegevoegd om dergelijke gereedschappen te laten reageren op temperatuur en zelfs op enzymen zoals proteasen. Dus de eencellige grijpers kunnen mogelijk ook reageren op afzonderlijke cellen wanneer ze zijn gecoat met de juiste herkenningselementen."

Omdat de grijpers zo klein zijn, ze hebben het potentieel om in veel delen van het lichaam te worden gebruikt. Bijvoorbeeld, ze kunnen door nauwe leidingen in de bloedsomloop gaan, centraal zenuwstelsel, en urogenitale systemen. Voor deze in vivo toepassingen, de grijpers kunnen worden geleid door ferromagnetische elementen, en biomarkers met patronen erop kunnen worden gebruikt om specifieke zieke cellen aan te pakken. Voor in vitro toepassingen, geleiding kan ook worden bereikt door de grijpers te doteren met magnetische elementen zoals nikkel, en het gebruik van magnetische velden om de grijpers te verplaatsen. Algemeen, de kleine hulpmiddelen hebben het potentieel om grote verbeteringen op veel gebieden van de geneeskunde te bewerkstelligen, waaraan de onderzoekers willen blijven werken.

"Op de in vitro kant proberen we een high-throughput-assay te ontwikkelen voor het vastleggen en analyseren van afzonderlijke cellen met behulp van optische en elektrische modaliteiten op een chip, " zei Gracias. "Op de in vivo kant, we willen de mogelijkheid onderzoeken voor biopsie en celspecifieke opname op moeilijk bereikbare plaatsen in vivo ."

© 2014 Fys.org