@ 2018.12.06 , 13:00

纳米级镊子可以直接从活体细胞中提取出特定分子

纳米级镊子可以直接从活体细胞中提取出特定分子

随着技术的进步,我们对细胞了解得越来越多,但仍然留有许多未知领域。比如说同类细胞——例如神经、肌肉或脂肪细胞,虽然它们功能和基本形态相同,但是在分子水平上每个又都是独立的个体;发掘同类型细胞彼此之间的细微差别,可以帮助研究人员更好地了解细胞的基本功能、改进疾病模型、甚至于找出新的特异性疗法。

然而,传统的研究方法往往需要破坏细胞的完整性,将细胞内容物搅得一塌糊涂。不仅会丢失细胞结构的空间信息——细胞内部组件如何关联在一起,且还会人为地制造出干扰因素,使我们无法准确掌握内部分子的动态变化。

伦敦帝国理工学院的Joshua Edel教授和Alex Ivanov博士领导的团队开发出一项全新的技术手段,可以使研究人员能够从活体细胞中提取出单个分子,而不会破坏细胞的完整性。

这一研究被发表在《自然纳米技术》上,可以帮助科学家建立 “人类细胞图谱”,解析健康细胞正常运作的过程和病变细胞的发作机理。

帝国理工学院化学系的Joshua Edel教授说:“通过我们发明的小镊子,研究人员随时随地都能从细胞中提取出最少量的分子,而不会损坏细胞本身。我们在实践中,成功地从细胞内部不同的结构中操作和提取出不同的分子,包括来自线粒体和细胞质中不同位置的RNA分子,甚至来自细胞核的DNA分子。”

镊子的主体部分是一根尖锐的玻璃棒,玻璃棒的尖端处有一对电极。电极由性态类似石墨的碳基材料制成。尖端直径小于50纳米,而两个电极之间只有10到20纳米的间隙。

当向电极施加交流电压,电极中间产生了强大的高度局部电场,可以捕获和提取细胞中的分子,如DNA和RNA。

该技术基于一种被称为介电电泳的现象:位于非匀称电场的中性微粒由于介电极化的作用而产生的平移运动。

应用纳米级的电泳镊子,我们能够完成之前无法进行的实验。比如说,神经细胞需要很多能量才能发送出电化学信号,因此它们含有许多线粒体。然而,以往要想提取其中的线粒体或添加进去新的线粒体,结果都会使细胞因形态遭破坏而失去正常的功能。现在,研究人员可以更好地了解它们,特别是神经细胞在神经退行性疾病中的变化。

“我们的纳米级镊子可能是未来生物学家手中不可或缺的常备工具。为了在分子水平上分析活体细胞,我们可以直接提取出单个分子。在同一功能区域里,以前所未有的空间分辨率和多时间点重复提取。”Alex Ivanov博士说。既可以采集细胞的空间信息,又可以获取分子的动态信息。“进而明确类细胞中的个体特性。”

本文译自 sciencedaily,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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