Новая технология позволяет ученым разделять живые клетки с помощью левитации

Новости МирТесен

Специалисты из Stanford Medicine представили новое устройство, применяющее электромагнитную левитацию для деликатной сортировки живых клеток, исключая физический контакт. Разработанная исследователями технология, получившая название Electro-LEV, способна трансформировать методы, используемые учеными и врачами, при выделении и изучении клеток, и может стать основой для создания новых методов терапии рака, позволяющих отделять злокачественные клетки от здоровых. Описанное в недавней публикации в Proceedings of the National Academy of Sciences нововведение также может открыть новые возможности для разделения живых и мертвых клеток с минимальным воздействием на образцы.

Для разделения клеток обычно применяются флуоресцентная маркировка, антитела, центрифугирование или химическая обработка, однако эти методы могут негативно сказаться на целостности деликатных клеток. Electro-LEV, в свою очередь, позволяет сортировать клетки, основываясь на их плотности и магнитной проницаемости, то есть на том, как они реагируют на магнитные поля. Этот процесс напоминает воздействие «невидимой силы», которая направляет их движение, как недавно сообщалось в MIT News.

Система Electro-LEV использует принцип магнитной левитации, аналогичный технологии, разработанной Доормусом более десяти лет назад. В 2015 году лаборатория представила результаты, демонстрирующие возможность левитации практически любой клетки при использовании точно настроенного магнитного поля. По словам Дурмус, это объясняется тем, что «все объекты на Земле обладают определенными магнитными характеристиками.

В экспериментальной установке пара миниатюрных магнитов, сопоставимых по размеру с жевательной резинкой, расположены одноименными полюсами друг к другу, а между ними установлен узкий стеклянный капилляр. Эта небольшая стеклянная деталь выступает в роли канала для парамагнитного раствора, а противоположно направленные магнитные поля перемещают клетки внутри, пока каждая из них не достигнет своей естественной точки равновесия, обусловленной ее плотностью. Магнитные силы в системе невелики, приблизительно 0,4 Тесла, однако благодаря близости магнитов – всего один миллиметр – формируется очень сильный градиент магнитного поля, то есть резкое изменение его силы на небольшом расстоянии. Именно это и является ключевым элементом технологии. Для сравнения, аппараты магнитно-резонансной томографии, используемые в медицинских учреждениях, обычно работают с более высокими значениями напряженности поля – порядка 7 Тесла, но их магниты находятся на большем расстоянии друг от друга, что приводит к значительно меньшим градиентам. Благодаря компактной конструкции, система Electro-LEV обеспечивает прецизионное управление положением каждой клетки.

Новая версия Electro-LEV превосходит предыдущий дизайн благодаря использованию электромагнитных катушек для обоих магнитов. Изменяя силу электрического тока, протекающего через эти катушки, разработчики могут в реальном времени точно настраивать создаваемые магнитные силы. Это позволяет с высокой точностью управлять клетками для их разделения. Клетки, находящиеся на различной высоте, затем могут направляться в верхние или нижние выходные отверстия по мере их перемещения из устройства. В случае неправильной сортировки клеток, простая корректировка тока позволяет оперативно устранить ошибку, что делает процесс более удобным для пользователя.

С помощью Electro-LEV были проведены испытания с разными типами клеток, в частности, с раковыми клетками молочной железы и легких, фибробластами и лейкоцитами. Исследователи также изучили возможность использования устройства для удаления отмерших клеток из образцов – это необходимо для точного секвенирования РНК и терапии стволовыми клетками. Отмершие клетки поглощают больше парамагнитного раствора, что увеличивает их плотность и приводит к тому, что они поднимаются в пространстве меньше, чем живые. Начиная с образцов, содержащих клетки, находящиеся на грани гибели, но все еще проявляющие признаки жизнеспособности, Electro-LEV обеспечил очистку до 93% живых клеток.

Ученые также обнаружили, что группы раковых клеток демонстрируют более быструю реакцию на изменения магнитного поля по сравнению с изолированными клетками. Этот факт может предоставить возможность разработки нового метода выявления агрессивных опухолевых образований, которые, по мнению исследователей, связаны с метастазированием. Кроме того, скорость левитации может служить показателем для наблюдения за состоянием подобных раковых кластеров.

Electro-LEV способен не только на сортировку раковых клеток, но и на решение других задач, таких как формирование микробных сообществ, сборка искусственно выращенных органоидов и даже управление микророботами. Разработчики считают эту платформу универсальной и предполагают, что в будущем появятся новые способы её применения, которые пока не были предвидены. В целом, благодаря использованию магнетизма, а не механического воздействия, технология Electro-LEV, разработанная командой Доормус, предлагает исследователям более бережный, легко адаптируемый и потенциально революционный метод изучения и сортировки микроскопических организмов с помощью нового подхода к клеточной левитации.