Биомолекулярные пинцеты облегчают изучение влияния механических сил на клетки и белки

Новый тип биомолекулярных пинцетов поможет исследователям изучать, как механические силы влияют на биохимическую активность клеток и белков. Устройства, слишком маленькие, чтобы их можно было увидеть без микроскопа, используют противоположные магнитные и электрофоретические силы для точного растяжения клеток и молекул, удерживая их в положении, позволяющем изучать активность рецепторов и другую биохимическую активность.

Массивы таких пинцетов можно комбинировать для одновременного изучения множества молекул и клеток, обеспечивая высокопроизводительный анализ эффектов механических сил в широком масштабе. Подробности об устройствах, разработанных исследователями из Технологического института Джорджии и Университета Эмори в Атланте, были опубликованы 19 февраля 2014 года в журнале Technology.

Устройство может помочь ответить на вопросы, которые сейчас остаются без ответа, например, о том, как клетка, связывающаяся с внеклеточным матриксом, может использовать разные рецепторы в зависимости от механического напряжения. Эти различия могут влиять на фенотип клетки и процессы, такие как дифференцировка.

Новые пинцеты, созданные с помощью нанолитографии, позволяют изучать тысячи и более клеток и белков в совокупности, что важно для статистической значимости. В настоящее время тестируются прототипы массивов 15 на 15, которые, по мнению исследователей, можно масштабировать.

В центре пинцетов находятся полистирольные микросферы диаметром 2,8 микрона, содержащие суперпарамагнитные наночастицы. Эти крошечные шарики сконструированы так, чтобы прилипать к изучаемому образцу. Образец прикреплен к шарику с одной стороны и к магнитной подложке с другой. Магнит притягивает шарик к себе, в то время как электрофоретическая сила, создаваемая током, протекающим через золотую проводящую структуру, отталкивает его. Это позволяет удерживать образец в очень специфическом положении.

Поскольку силы можно варьировать, пинцеты можно использовать для изучения структур с широким диапазоном размеров — от белковых молекул до клеток (разница примерно в тысячу раз). Абсолютные силы в диапазоне наноньютонов преодолевают гораздо меньшие эффекты броуновского движения и тепловой энергии, позволяя удерживать клетки или молекулы без постоянной корректировки.

В качестве доказательства работоспособности системы исследователи продемонстрировали её способность различать связывание антигена с магнитными шариками, покрытыми разными антителами.

Исследователи надеются, что технология найдет применение не только в биологии (например, в скрининге молекул или изучении атеросклероза), но и в разработке материалов, микроэлектронике и сенсорике.