Per studiare alcuni aspetti delle cellule, i ricercatori hanno bisogno della capacità di estrarre le interiora, manipolarli, e rimetterli a posto. Le opzioni per questo tipo di lavoro sono limitate, ma i ricercatori segnalano il 10 maggio in Metabolismo cellulare descrivono un "nanoblade" che può tagliare attraverso la membrana di una cellula per inserire i mitocondri. I ricercatori hanno precedentemente utilizzato questa tecnologia per trasferire altri materiali tra le cellule e sperano di commercializzare il nanoblade per un uso più ampio nella bioingegneria.

"Come nuovo strumento per l'ingegneria cellulare, progettare veramente le cellule per scopi sanitari e di ricerca, Penso che questo sia davvero unico, "dice Mike Teitell, un patologo e bioingegnere presso l'Università della California, Los Angeles (UCLA). "Finora non ci siamo imbattuti in nulla, dimensioni fino a pochi micron, che non siamo in grado di fornire."

Teitell e Pei-Yu "Eric" Chiou, anche un bioingegnere all'UCLA, ha concepito per la prima volta l'idea di un nanoblade diversi anni fa per trasferire un nucleo da una cellula all'altra. Però, hanno presto approfondito l'intersezione tra la biologia delle cellule staminali e il metabolismo energetico, dove la tecnologia potrebbe essere utilizzata per manipolare i mitocondri di una cellula. Studiare gli effetti delle mutazioni nel genoma mitocondriale, che possono causare malattie debilitanti o mortali nell'uomo, è difficile per una serie di motivi.

"C'è un collo di bottiglia nel campo per modificare il DNA mitocondriale di una cellula, " dice Teitell. "Quindi stiamo lavorando su un processo in due fasi:modificare il genoma mitocondriale al di fuori di una cellula, e poi prendere quei mitocondri manipolati e rimetterli nella cellula. Stiamo ancora lavorando al primo passo, ma abbiamo risolto abbastanza bene il secondo."

L'apparato nanoblade è costituito da un microscopio, laser, e micropipetta rivestita in titanio per fungere da "lama, " azionato tramite un controller joystick. Quando un impulso laser colpisce il titanio, il metallo si scalda, vaporizzando gli strati d'acqua circostanti nei terreni di coltura e formando una bolla vicino a una cellula. Entro un microsecondo, la bolla si espande, generando una forza locale che perfora la membrana cellulare e crea un passaggio lungo diversi micron che il "carico" - in questo caso, mitocondri:possono essere spinti attraverso. La cellula ripara quindi rapidamente il difetto della membrana.

Teitell, Chio, e il loro team ha utilizzato il nanoblade per inserire mitocondri etichettati da cellule di cancro al seno umano e cellule renali embrionali in cellule prive di DNA mitocondriale. Quando in seguito hanno sequenziato il DNA nucleare e mitocondriale, i ricercatori hanno visto che i mitocondri erano stati trasferiti e replicati con successo dal 2% delle cellule, con una gamma di funzionalità. Altri metodi di trasferimento mitocondriale sono difficili da controllare, e quando sono stati segnalati per lavorare, le percentuali di successo sono state solo dello 0,0001%-0,5% secondo i ricercatori.

"Il successo del trasferimento mitocondriale è stato molto incoraggiante, " dice Chiou. "L'applicazione più eccitante per il nanoblade, per me, è nello studio dei mitocondri e delle malattie infettive. Questa tecnologia offre nuove capacità per aiutare a far progredire questi campi".

Le aspirazioni del team vanno anche ben oltre i mitocondri, e hanno già potenziato l'apparato delle nanolame in una versione automatizzata ad alto rendimento. "Vogliamo creare una piattaforma facile da usare per tutti e consentire ai ricercatori di escogitare tutto ciò che riescono a pensare di pochi micron o più piccoli che sarebbe utile per la loro ricerca, che si tratti di inserire anticorpi, patogeni, materiali sintetici, o qualcos'altro che non abbiamo immaginato, " dice Teitell. "Sarebbe molto bello permettere alle persone di fare qualcosa che non possono fare in questo momento".