Sejtbefogó mikrorobotokat fejlesztettek ki szegedi kutatók

Az Advanced Materials folyóiratban megjelent tanulmány szerint a rugalmas mikrorobotok használatának fontos újdonsága, hogy a sejteket a megfogásukhoz nem szükséges semmivel sem kezelni, és a vizsgálat elvégzése után el is lehet engedni azokat.

Az egyedi sejtek vizsgálatát szolgáló eljárások, mint például az egysejt genomika, proteomika vagy a képanalízisen alapuló morfológiai jellemzés az elmúlt évtizedben a biológiai kutatások homlokterébe került. Ezekhez a vizsgálatokhoz azonban gyakran szükséges a sejteket megfogni, forgatni, olykor szállítani is, amire számos módszert dolgoztak ki az elmúlt évek során. A legmodernebb eljárások a sejtek méretéhez hasonló méretű mikrofogókat használnak, de léteznek nagyfrekvenciás elektromos teret alkalmazó eszközök, vagy a sejt környezetében lézeres melegítéssel lokális folyadékáramlást előidéző rendszerek is. Az optikai csipesz – amelynek megalkotását 2018-ban fizikai Nobel díjjal jutalmazták – ugyancsak ezen eszközök sorába illeszkedik, mint a sejtek nagy pontosságú mozgatására használható egyik leghatékonyabb módszer. Ilyen csipeszt lézernyaláb lefókuszálásával hoznak létre a kutatók, a nyaláb fókuszával mikrométeres objektumok, például egyes sejtek csapdázhatók. A sejtek megragadásának egy sokkal hatékonyabb módja azonban a hozzájuk rögzített piciny fogantyúkon keresztüli indirekt csapdázás, amivel a csapdaerő jelentősen megnövelhető és egyúttal elkerülhető az érzékeny sejtek intenzív fény okozta károsodása is. Ezeket a fogantyúkat – amelyek lehetnek egyszerű mikrogyöngyök, de összetettebb 3D eszközök is – erősen a sejthez kell kötni, amit többnyire valamilyen fiziko- vagy biokémiai eljárással érnek el. A fogantyúk használatának egyértelmű előnyei mellett a sejtek és a szerkezetek kezelése, valamint az a tény, hogy a fogantyúkat később nem lehet a sejtekről leválasztani, sokszor hátrányos lehet.

Erre a problémára dolgozott ki megoldást a HUN-REN Szegedi Biológiai Kutatóközpont Biofizikai Intézetének Kelemen Lóránd vezette kutatócsoportja szlovák partnereikkel együttműködve, akik az egyedi sejtekhez átmenetileg rögzíthető, deformálható polimer mikroeszközök új családját fejlesztették ki, amelyek a sejtek megfogását bármiféle kezelés nélkül teszik lehetővé. Ezek az eszközök apró robotokként működnek, képesek megragadni, mozdulatlanul megtartani, forgatni, szállítani és végül elengedni a vizsgált sejteket. A lézeres polimerizációval készített szerkezetek deformálható részei akár 300 nanométer vékonyak is lehetnek, így optikai csipesszel meg lehet őket hajlítani.

A kutatók az eljárásukban rejlő lehetőségeket háromféle struktúrán keresztül mutatták be, amelyeket három különböző sejtmanipulációs feladathoz terveztek.
– Az első egy sejtszállító eszköz, amely mikrofluidikai környezetben, az ott található sok sejt közül képes egyet megragadni, elszállítani, majd végül elengedni, anélkül, hogy azt a legkisebb erővel is összeszorítaná. A szerkezet két félgömbből áll, amelyek körülbelül kétszer akkorák, mint a sejt, és csipesszel szétnyitva kényelmesen körbefogják azt.
– A második típus arra szolgál, hogy a sejtet a mikroszkópos képalkotáshoz mozdulatlanul tartsa. Hatalmas előnye, hogy vele a sejt szabadon elforgatható, ezáltal arról tetszőleges irányból lehet mikroszkópos felvételeket rögzíteni. A mikroeszköz képességeit a 3D fluoreszcencia képalkotás felbontásának javításával demonstrálták.
– A harmadik típusú mikrorobot tulajdonképpen egy szerkezetpár, amelyet nagyon pontosan kontrollált módon előidézhető sejt-sejt kölcsönhatásokhoz terveztek. A pár egyik tagja az egyik sejtet tartja szilárdan, a másik, optikai csipesszel mozgatott szerkezet pedig a másik sejtet manőverezi az elsőhöz, végül egymáshoz nyomja őket. Ezzel az eljárással a kölcsönhatás kezdete másodperc pontossággal meghatározható, ellentétben azokkal a kísérletekkel, ahol a kölcsönhatás egy kémcsőben a sejtszuszpenziók egyszerű összekeverésével véletlenszerűen indul be. Az eszközökkel így lehetővé válik a két sejt reakciójának pontos időbeli követése, ami elengedhetetlen működésük részleteinek feltárásához akár molekuláris szinten is.

A kutatók szerint a bemutatott optikai csipeszen és a specifikusan a feladathoz tervezett mikroeszközökön alapuló módszer lehetővé teszi a nem letapadó egyedi sejtek korábbiaknál hatékonyabb vizsgálatát, és igazolja, hogy a rugalmas anyagokon alapuló mikrorobotika hatalmas potenciállal rendelkezik a biológiai alkalmazásokban is – olvasható a HUN-REN összefoglalójában.

A mikrorobotok különleges mozgásáról egy videó is látható az X-en.