Электромагнитное устройство идентифицирует клетки по высоте их левитации

Исследователи из Стэнфордской медицинской школы разработали новое устройство для сортировки клеток Electro-LEV, использующее электромагнитную левитацию. Оно позволяет разделять разные типы клеток — например, раковые от здоровых или живые от мёртвых — без использования флуоресцентных меток, антител, жёстких химикатов или центробежных сил. Вместо этого клетки разделяются на основе их плотности и магнитной восприимчивости.

Принцип работы: Устройство основано на системе магнитной левитации, где два магнита (около 0.4 Тесла) расположены друг напротив друга одноимёнными полюсами на расстоянии 1 мм. Клетки в парамагнитном растворе протекают через стеклянный капилляр диаметром 1 мм, помещённый между магнитами. Ключевой "трюк" — создание очень большого градиента магнитного поля из-за минимального расстояния между магнитами, что заставляет клетки левитировать до точки равновесия, зависящей в основном от их плотности.

Новшество: В отличие от статической системы 2015 года, Electro-LEV оснащено электромагнитными катушками на обоих магнитах. Регулируя электрический ток в катушках, можно мгновенно изменять магнитную силу, действующую на клетки, и точно манипулировать ими в реальном времени для лучшего разделения. Отсортированные клетки, левитирующие на разной высоте, разделяются при выходе из капилляра, который разветвляется на верхний и нижний выходы.

Демонстрация возможностей:

• Устройство успешно настроило левитацию различных типов клеток: рака молочной железы, рака лёгких, фибробластов и белых кровяных клеток.
• Разделение живых и мёртвых клеток: Мёртвые клетки (с повреждёнными мембранами, более плотные) левитируют ниже живых. Начиная с образца, содержащего 50% живых клеток, система добивалась чистоты около 93%. Даже при исходных 10% живых клеток результат составлял около 70%.
• Потенциал для сложных задач: Обнаружено, что скопления (кластеры) раковых клеток реагируют на изменение магнитного поля быстрее, чем одиночные клетки, из-за разного соотношения площади поверхности к объёму и силы сопротивления. Это позволяет использовать скорость левитации для мониторинга агрессивных кластеров, склонных к метастазированию.

Перспективы: Авторы видят широкий спектр применений платформы — от сортировки раковых клеток и микробов до сборки клеток в органоиды и управления микророботами. Технология особенно перспективна для работы с малыми объёмами биопсийного материала, где важно сохранить клетки жизнеспособными для последующего геномного тестирования.

Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences. Старший автор — Гёзде Дурмус (Gozde Durmus), Ph.D., доцент радиологии. Ведущий автор — Маливика Рамарао (Malavika Ramarao).