Az egyedi sejtek megfogásához szükséges apró eszközöket fejlesztettek ki a HUN-REN SZBK kutatói. Az Advanced Materials folyóiratban megjelent tanulmány szerint a rugalmas mikrorobotok használatának fontos újdonsága, hogy így a sejteket a megfogásukhoz nem szükséges semmivel sem kezelni, és a vizsgálat elvégzése után el is lehet engedni azokat, ami a korábbinál hatékonyabb vizsgálatokat tesz lehetővé.
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 sejtek mozgatására használt mikroeszközök rajzai, kiemelve a fontosabb szerkezeti elemek.
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.
A mikrorobotok különleges mozgásáról egy videó is látható az X-en: https://x.com/AdvSciNews/status/1800468454199181564
.
A sejtszállító eszköz és használata. A sejtgyűjtés folyamatának sémája (A). A sejtgyűjtés fénymikroszkóppal követve a befogástól a célterületen történő elengedésig (B). A sejtszállító mikroeszköz elektronmikroszkópos képe (C). Pirossal kiemelve láthatók a rugalmas nanoszálak, sárgával a szerkezet optikai csipesszel megfogható részei. A sejtek összegyűjtésére szolgáló terület elektronmikroszkópos képe (D).