A USA und Korea Forscherteam hat einen Chip - ähnliches Gerät, das skaliert könnte das Sortieren und Aufbewahren Hunderttausende von einzelnen lebenden Zellen in einer Angelegenheit von Minuten werden entwickelt. Das System ist ähnlich zu einem Direktzugriffsspeicherchip, aber es Zellen bewegt anstatt Elektronen.
Forscher an der Duke University und Daegu Gyeongbuk Institut für Wissenschaft und Technologie ( DGIST ) in der Republik Korea hoffen, dass die Zellsortiersystemwird die Forschung , indem sie die schnelle und effiziente Kontrolle und die einzelnen Zellen , die dann in großer Zahl untersucht werden könnte revolutionieren.
" Die meisten Experimente zermahlen eine Reihe von Zellen und analysieren Genaktivität durch Mittelung der Bevölkerung eines ganzen Gewebes anstatt auf die Unterschiede zwischen den einzelnen Zellen innerhalb dieser Bevölkerung", sagte Benjamin Yellen , Associate Professor für Maschinenbau und Materialwissenschaften an der Duke ist Pratt School of Engineering . "Das ist , wie wenn man die Augenfarbe eines jeden in einem Raum, und festgestellt, dass die durchschnittliche Farbe ist grau , wenn nicht eine einzige Person im Raum hat graue Augen. Sie müssen in der Lage, einzelne Zellen zu studieren, um zu verstehen und zu schätzen kleine, aber signifikante Unterschiede in einer ähnlichen Bevölkerung. "
Die Studie erscheint online in Nature Communications .
Yellen und sein Mitarbeiter , Cheol Kim Gi von DGIST , gedruckte dünne elektromagnetische Komponenten wie die auf Mikrochips zu finden auf eine Folie . Diese Muster erstellen Magnetspuren und Elemente wie Schalter , Transistoren und Dioden , die magnetischen Kügelchen führen und einzelne Zellen mit magnetischen Nanopartikeln durch einen dünnen Flüssigkeitsfilm versehen .
Wie eine Reihe von kleinen Transportbändern , lokalisiert rotierenden Magnetfeldern bewegen, die Perlen und Zellen sowie spezifische Anweisungen in eine Spur geätzt , während die eingebauten Schalter direkte Zugriffe auf Speicherstellen auf dem Chip. Das Ergebnis ist eine integrierte Schaltung, die kleine magnetische ähnlich wie die Art und Weise werden Elektronen auf Computerchips gesteuert steuert .
In der Studie, die Ingenieure zeigen eine 3-mal- 3-Gitter von Fächern , die magnetischen Kügelchen zu geben , aber nicht verlassen können. Durch die Kennzeichnung Zellen mit magnetischen Teilchen und er sie an unterschiedlichen Kammern können die Zellen abgetrennt werden , sortiert, gespeichert , untersucht und abgerufen werden.
In einem Direktzugriffsspeicherchip, wie Logikschaltungen zu manipulieren Elektronen auf der Nanometerskala , Steuern Milliarden von Fächern in einem Quadratzentimeter . Aber Zellen sind viel größer als die Elektronen , welche die neuen Vorrichtungen , um Hunderttausende von Speicherplätze pro Quadratzoll begrenzen würde .
Aber Yellen und Kim sagen, dass noch viel kleiner für ihre Zwecke .
"Sie müssen analysieren Tausende von Zellen , die erforderlich sind, um zu verstehen , welche Gene , die auf und in Reaktion auf Arzneimittel oder andere Stimuli aktiviert Statistiken zu erhalten ", sagte Yellen . " Und wenn Sie für Zellen, die seltene Verhalten, das eine Zelle von tausend sein könnte suchen, dann müssen Sie Arrays, die Hunderttausende von Zellen steuern kann . "
Als ein Beispiel weist Yellen an Zellen behaftet HIV oder Krebs. Bei beiden Erkrankungen sind die meisten Betroffenen Zellen aktiv und kann durch Therapie ausgerichtet sein. Ein paar seltene Zellen bleiben jedoch ruhend, warten ab und die Vermeidung von Zerstörung vor der Aktivierung und womit sich die Krankheit aus der Remission. Mit der neuen Technologie erhoffen sich die Forscher , um Millionen von einzelnen Zellen zu sehen, wählen Sie die wenigen , die schlafend zu werden, schnell abrufen und analysieren ihre Genaktivität .
"Vielleicht dann werden wir einen Weg, um die schlafenden Zielzellen finden konnte ", sagte Yellen .
Kim fügte hinzu: " Unsere Technologie können neue Werkzeuge bieten unseren grundlegendes Verständnis von Krebsmetastasen auf Einzelzellebene , wie Krebszellen reagieren auf chemische und physikalische Reize zu verbessern und um neue Konzepte für den Gentransfer und Metabolit- Übertragung während der Zellteilung und Wachstum zu testen . "
Die Forscher wollen nun einen grßeren Raster von 8- mal-8- oder 16 - mal-16- Abteile mit Zellen zeigen , und dann , um es zu skalieren , um Hunderttausende von Abteilen . Wenn dies gelingt, ihre Technologie würde sich gut zur Herstellung verleihen , so dass die Wissenschaftler auf der ganzen Welt Zugang zu Single-Cell- Experimente.
"Unsere Idee ist einfach ", sagte Kim . " Weil es ein System ähnlich dem der Elektronik und wird auf der gleichen Technologie basiert , wäre es leicht herzustellen . Das macht den relevanten Vermarktungssystem. "
"Es gibt eine andere Technik Papier wir als Follow-up zu tun , bevor wir zum eigentlichen biologischen Anwendungen zu müssen ", so Yellen . " Aber sie sind auf dem Weg . "