研究人员创建纳米机器人来探测人体细胞

多伦多大学工程研究人员已经建立了一套磁性“镊子”，可以将纳米尺度的珠子以三维方式定位在人体细胞内，具有前所未有的精确度。纳米机器人已被用于研究癌细胞的特性，并可指出加强诊断和治疗的方法。

Yu Sun教授和他的团队一直在建造可以操纵单个细胞二十年的机器人。他们的创造有能力操纵和测量单个细胞 -在体外受精和个性化医疗等程序中有用。他们今天在Science Robotics上发表的最新研究将该技术向前推进了一步。

“到目前为止，我们的机器人一直在建筑物外探索，触摸砖墙，并试图弄清楚内部发生了什么，”孙说。“我们希望在建筑物中部署机器人并探测所有房间和结构。”

该团队已经创建了可以操纵电子显微镜内部亚细胞结构的机器人系统，但这需要对细胞进行冷冻干燥并将其切割成小片。为了探测活细胞，其他团队已经使用了诸如激光或声学等技术。

“光学镊子 - 使用激光探测细胞 - 是一种流行的方法，”博士王贤说。进行研究的候选人。该技术荣获2018年诺贝尔物理学奖，但王说，它所能产生的力量不足以进行他想做的机械操纵和测量。

“你可以尝试增加力量以产生更大的力量，但是你有可能损坏你试图测量的亚细胞成分，”王说。

Wang设计的系统使用六个磁性线圈放置在显微镜盖玻片周围的不同平面上，盖玻片上种有活癌细胞。将直径约700纳米的磁铁珠 - 比人类头发的厚度小约100倍 - 置于盖玻片上，癌细胞容易将其吸收到其膜内。

一旦珠子在里面，王使用共聚焦显微镜成像的实时反馈控制其位置。他使用计算机控制的算法来改变通过每个线圈的电流，使三维磁场成形并将磁珠引入电池内的任何所需位置。

“我们可以将位置控制在布朗运动极限以下几百纳米的范围内，”王说。“我们可以施加比激光更高的力量。”

该团队与西奈山医院的Helen McNeil博士和Yonit Tsatskis以及病童医院(SickKids)的Sevan Hopyan博士合作，利用他们的机器人系统研究早期和晚期膀胱癌细胞。

以前关于细胞核的研究需要从细胞中提取它们。Wang和Sun测量完整细胞中的细胞核，而不需要破坏细胞膜或细胞骨架。他们能够证明细胞核在各个方向都不是同样僵硬。

“这有点像一个机械形状的足球，它沿着一个轴比另一个更硬，”孙说。“如果没有这种新技术，我们就不会知道。”

他们还能够精确测量细胞核在重复刺激时获得的硬度，并确定哪种细胞蛋白质可能在控制这种反应中发挥作用。这些知识可以为诊断癌症的新方法指明方向。

“我们知道，在后期细胞中，僵硬反应不那么强烈，”王说。“在早期癌细胞和后期细胞在形态上看起来不同的情况下，这提供了另一种方式来区分它们。”

据Sun称，这项研究可能会更进一步。

“你可以想象引入这些纳米机器人的全部成群，并利用它们通过阻塞血管进入肿瘤而使肿瘤饿死，或通过机械消融直接破坏肿瘤，”Sun说。“这将为治疗对化疗，放疗和免疫疗法有抗药性的癌症提供一种方法。”

这些应用程序距离临床部署还有很长的路要走，但Sun和他的团队对这一研究方向感到兴奋。他们已经和SickKids的黄曦博士进行了早期动物实验。

“这还不是很神奇的航程，”他说，指的是1966年的科幻电影。“但我们在位置和力量控制方面取得了前所未有的准确性。这是我们需要达到目标的重要部分，敬请关注!”