تغییر تنظیمات سلول‌ها با کمک میکروربات‌ها

به گزارش پایگاه خبری “ججین” به نقل از ایسنا، دانشمندان گروهی از میکروربات‌های لیزری ساخته‌اند که می‌توانند یکی از کوچک‌ترین واحدهای زندگی یعنی سلول را مدیریت کنند.

میکروربات‌ها می‌توانند سلول‌هایی را که اندازه آنها بین ۳۰ تا ۴۰ میکرومتر است، بگیرند، حرکت دهند و بچرخانند. دقتی که این میکروربات‌ها برای تصویربرداری از سلول‌ها و تنظیم تعاملات بین آنها ارائه می‌کنند، توانایی دانشمندان را برای پاسخ دادن به پرسش‌های اساسی افزایش می‌دهد.

«لوراند کلمن»(Lóránd Kelemen) بیوفیزیک‌دان «موسسه بیوفیزیک سگد»(Szeged Institute of Biophysics) در مجارستان، با همکاران خود در مجارستان و اسلواکی برای ایجاد طیف گسترده‌ای از میکروربات‌ها همکاری کرده است که در ترکیب با انبرک‌های نوری کار می‌کنند. این روش چندین دهه قدمت دارد و دانشمندان از آن برای به دام انداختن اجسام میکروسکوپی در پرتوهای متمرکز لیزر استفاده می‌کنند.

کلمن گفت: اگر جسم کوچکی در کانون پرتو قرار بگیرد، آن را می‌شکند و جهت آن را تغییر می‌دهد. با توجه به فیزیک نور، تغییر جهت به معنای تغییر در تکانه نور است اما تغییر تکانه به این معناست که نیروی واردشده به پرتو باعث این تغییر شده است. از آنجا که این جسم کوچک به شکست پرتو منجر شده است، می‌توان گفت که جسم کوچک به پرتو نیرو وارد می‌کند.

برای هر عمل، یک واکنش برابر وجود دارد. این بدان معناست که پرتو نور، نیرویی را به جسم کوچک وارد می‌کند و آن را در جای خود نگه می‌دارد.

استفاده از انبرک‌های نوری به تنهایی برای مطالعه سلول‌ها کافی نیست زیرا به دام انداختن خود سلول در پرتو، آن را گرم می‌کند و به برخی از سیستم‌های سلولی آسیب می‌رساند. پایداری و نیروی ایجادشده توسط انبرک به دلیل اندازه و شکل سلول و آبی که در آن معلق شده ضعیف است.

دانشمندان در گذشته برای برطرف کردن این مشکل، ریزدانه‌ها یا ساختارهای کوچکی را به سلول‌ها متصل می‌کردند اما آنها به سلول آسیب می‌رسانند و پس از اضافه شدن، قابل حذف نیستند. کلمن توضیح داد: این کار شبیه به استفاده کردن از نوار چسب برای سوار کردن یک توپ پنبه‌ای روی یک کاردک است. می‌توانید کاردک را بگیرید تا توپ را بدون فشار دادن به اطراف حرکت دهید اما وقتی می‌خواهید آن را بردارید، توپ پاره می‌شود.

این اتصالات اغلب به تغییراتی در محیط سلول، مانند تغییر دادن «پی‌اچ»(pH) یا افزودن سایر مواد شیمیایی برای تکمیل پیوند نیاز دارند. میکروربات‌های جدید توسعه‌یافته در این پژوهش، از این امر جلوگیری می‌کنند و به اندازه کافی کوچک و انعطاف‌پذیر هستند تا در حالی که خودشان با انبرک‌های نوری برداشته می‌شوند، بتوانند سلول‌ها را به آرامی بگیرند.

برای ساختن میکروربات‌ها به مجموعه دیگری از لیزر نیاز بود. فرآیندی به نام «پلیمریزاسیون دو فوتونی»، از نور برای پلیمریزه کردن یک پلیمر فقط در جایی استفاده می‌کند که نور با مواد تماس داشته باشد.

کلمن گفت: ما نور را تا کسری از میکرومتر متمرکز می‌کنیم و پلیمر فقط در آن نقطه کوچک سفت می‌شود. این کار به ما امکان داد تا ربات‌ها را دقیقا در اندازه نانومتر بسازیم.

چالش کار این بود که ربات‌ها باید به اندازه کافی نازک و منعطف ساخته شوند تا در حال گرفته شدن توسط پرتو، سلول‌ها را بگیرند. کلمن ادامه داد: ما باید بسیار دقیق عمل می‌کردیم زیرا اگر یک عنصر الاستیک در ریزساختار ما ۴۰۰ نانومتر ضخامت داشته باشد، می‌توان آن را توسط انبرک نوری خم کرد اما اگر ضخامت آن ۶۰۰ نانومتر باشد، نمی‌توان این کار را انجام داد.

پژوهشگران در آزمایش‌ها نشان دادند که می‌توانند از انبرک نوری برای تغییر شکل بخشی از میکروربات‌ها استفاده کنند تا آنها برای گرفتن سلول آماده شوند. ویژگی ارتجاعی میکروربات، سلول را در جای خود نگه می‌دارد و پرتو را آزاد می‌کند تا قسمت سفت‌تری از ربات را به دام بیاندازد و آن را تنظیم کند.

این گروه پژوهشی، سه میکروربات طراحی کردند که به آنها امکان می‌دادند تا سلول‌ها را از یک مکان به مکان دیگر منتقل کنند، آنها را برای تصویربرداری میکروسکوپی بچرخانند یا دو سلول را بگیرند و آنها را به هم فشار دهند تا واکنش‌هایشان را مطالعه کنند.

کلمن گفت: این یک روند توسعه طولانی بود و شگفتی‌های بسیاری را به همراه داشت. ربات‌ها همان طور که در نظر گرفته شده است، کار می‌کنند و یک روش غیر مخرب را برای تنظیم کردن سلول‌ها و تصویربرداری از آنها در یک محیط طبیعی ارائه می‌دهند.

از آنجا که انبرک‌های نوری هنوز تخصصی هستند، کلمن انتظار ندارد که هر آزمایشگاهی ظرفیت استفاده از آنها را داشته باشد اما آزمایشگاه‌هایی که این تجهیزات را دارند، می‌توانند آنها را برای کارهای جدید اصلاح و بهینه‌سازی کنند.

این پژوهش در مجله «Advanced Science» به چاپ رسید.