Met behulp van elektrische impulsen, het 'pincet' kan enkelvoudig DNA extraheren, eiwitten en organellen uit levende cellen zonder ze te vernietigen.

We breiden voortdurend onze kennis uit over hoe cellen functioneren, maar er blijven veel onbeantwoorde vragen. Dit geldt met name voor individuele cellen die van hetzelfde type zijn, zoals hersenen, spier- of vetcellen, maar hebben zeer verschillende samenstellingen op het niveau van één molecuul.

Door de diversiteit van schijnbaar identieke cellen te catalogiseren, kunnen onderzoekers fundamentele cellulaire processen beter begrijpen en verbeterde ziektemodellen ontwerpen, en zelfs nieuwe patiëntspecifieke therapieën.

Echter, traditionele methoden om deze verschillen te bestuderen, omvatten meestal het barsten van de cel, waardoor alle inhoud wordt gemengd. Dit resulteert niet alleen in het verlies van ruimtelijke informatie - hoe de inhoud ten opzichte van elkaar is ingedeeld, maar ook in dynamische informatie, zoals moleculaire veranderingen in de cel in de loop van de tijd.

Een nieuwe techniek, ontwikkeld door een team onder leiding van professor Joshua Edel en Dr. Alex Ivanov aan het Imperial College London, stelt onderzoekers in staat om afzonderlijke moleculen uit levende cellen te extraheren, zonder ze te vernietigen. Het onderzoek, vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Natuur Nanotechnologie , zou wetenschappers kunnen helpen bij het opbouwen van een 'menselijke celatlas', nieuwe inzichten geven in hoe gezonde cellen functioneren en wat er mis gaat in zieke cellen.

Professor Jozua Edel, van de afdeling scheikunde van Imperial, zei:"Met ons pincet, we kunnen in realtime het minimale aantal moleculen dat we nodig hebben uit een cel halen, zonder deze te beschadigen. We hebben aangetoond dat we verschillende delen van verschillende delen van de cel kunnen manipuleren en extraheren - inclusief mitochondriën uit het cellichaam, RNA van verschillende locaties in het cytoplasma en zelfs DNA uit de kern."

Het pincet is gevormd uit een scherpe glazen staaf die eindigt met een paar elektroden gemaakt van een op koolstof gebaseerd materiaal dat veel lijkt op grafiet. De punt heeft een diameter van minder dan 50 nanometer (een nanometer is een miljoenste van een millimeter) en is opgesplitst in twee elektroden, met een tussenruimte van 10 tot 20 nanometer.

Door een wisselstroomspanning aan te leggen, deze kleine opening creëert een krachtig, sterk gelokaliseerd elektrisch veld dat de kleine inhoud van cellen zoals DNA en transcriptiefactoren kan vangen en extraheren - moleculen die de activiteit van genen kunnen veranderen.

De methode is gebaseerd op een fenomeen dat diëlektroforese wordt genoemd. Het pincet genereert een voldoende hoog elektrisch veld waardoor bepaalde objecten, zoals afzonderlijke moleculen en deeltjes, kunnen worden gevangen. Het vermogen om individuele moleculen uit een cel te onderscheiden, onderscheidt deze van alternatieve technologieën.

De techniek kan mogelijk worden gebruikt om experimenten uit te voeren die momenteel niet mogelijk zijn. Bijvoorbeeld, zenuwcellen hebben veel energie nodig om berichten door het lichaam te sturen, dus ze bevatten veel mitochondriën om ze te helpen functioneren. Echter, door mitochondriën toe te voegen aan of te verwijderen uit individuele zenuwcellen, onderzoekers zouden hun rol beter kunnen begrijpen, vooral bij neurodegeneratieve ziekten.

Dr. Alex Ivanov, van de afdeling scheikunde van Imperial, zei:"Dit pincet op nanoschaal zou een essentiële aanvulling kunnen zijn op de gereedschapskist voor het manipuleren van afzonderlijke cellen en hun onderdelen. Door levende cellen op moleculair niveau te bestuderen, we kunnen individuele moleculen van dezelfde locatie extraheren met een ongekende ruimtelijke resolutie en over meerdere tijdstippen. Dit kan een dieper inzicht geven in cellulaire processen, en om vast te stellen waarom cellen van hetzelfde type erg van elkaar kunnen verschillen."

Professor Edel voegde toe:"Het hele project werd alleen mogelijk gemaakt door de unieke knowhow, vaardigheden en het enthousiasme van de jonge teamleden, waaronder Dr. Binoy Paulose Nadappuram en Dr. Paolo Cadinu, onder anderen, die allemaal verschillende expertises en achtergronden hebben."