Utilizzando impulsi elettrici, le "pinzette" possono estrarre il singolo DNA, proteine ​​e organelli dalle cellule viventi senza distruggerle.

Ampliamo continuamente le nostre conoscenze su come funzionano le cellule, ma restano molte domande senza risposta. Ciò è particolarmente vero per le singole cellule dello stesso tipo, come il cervello, cellule muscolari o adipose, ma hanno composizioni molto diverse a livello di singola molecola.

La catalogazione della diversità di cellule apparentemente identiche può aiutare i ricercatori a comprendere meglio i processi cellulari fondamentali e a progettare modelli migliorati di malattia, e persino nuove terapie specifiche per il paziente.

Però, i metodi tradizionali per studiare queste differenze in genere comportano lo scoppio della cellula, con il risultato che tutti i suoi contenuti si mescolano. Ciò si traduce non solo nella perdita di informazioni spaziali:come i contenuti sono stati disposti in relazione l'uno con l'altro, ma anche nell'informazione dinamica, come i cambiamenti molecolari nella cellula nel tempo.

Una nuova tecnica, sviluppato da un team guidato dal Professor Joshua Edel e dal Dr. Alex Ivanov presso l'Imperial College di Londra, consente ai ricercatori di estrarre singole molecole da cellule vive, senza distruggerli. La ricerca, pubblicato oggi sulla rivista Nanotecnologia della natura , potrebbe aiutare gli scienziati a costruire un "atlante delle cellule umane", fornendo nuove informazioni su come funzionano le cellule sane e cosa va storto nelle cellule malate.

Professor Joshua Edel, dal Dipartimento di Chimica dell'Imperial, disse:"Con le nostre pinzette, possiamo estrarre il numero minimo di molecole di cui abbiamo bisogno da una cellula in tempo reale, senza danneggiarlo. Abbiamo dimostrato che possiamo manipolare ed estrarre diverse parti da diverse regioni della cellula, inclusi i mitocondri dal corpo cellulare, RNA da diverse posizioni nel citoplasma e persino DNA dal nucleo".

Le pinzette sono formate da un'asta di vetro affilata che termina con una coppia di elettrodi realizzati con un materiale a base di carbonio molto simile alla grafite. La punta ha un diametro inferiore a 50 nanometri (un nanometro è un milionesimo di millimetro) ed è divisa in due elettrodi, con uno spazio tra i 10 e i 20 nanometri.

Applicando una tensione in corrente alternata, questo piccolo spazio crea un potente campo elettrico altamente localizzato che può intrappolare ed estrarre i piccoli contenuti di cellule come il DNA e i fattori di trascrizione, molecole che possono modificare l'attività dei geni.

Il metodo si basa su un fenomeno chiamato dielettroforesi. Le pinzette generano un campo elettrico sufficientemente elevato che consente l'intrappolamento di determinati oggetti come singole molecole e particelle. La capacità di individuare le singole molecole che formano una cellula la distingue dalle tecnologie alternative.

La tecnica potrebbe essere potenzialmente utilizzata per condurre esperimenti attualmente non possibili. Per esempio, le cellule nervose richiedono molta energia per inviare messaggi in tutto il corpo, quindi contengono molti mitocondri per aiutarli a funzionare. Però, aggiungendo o rimuovendo i mitocondri dalle singole cellule nervose, i ricercatori potrebbero comprendere meglio il loro ruolo, soprattutto nelle malattie neurodegenerative.

Dott. Alex Ivanov, dal Dipartimento di Chimica dell'Imperial, ha dichiarato:"Queste pinzette su nanoscala potrebbero essere un'aggiunta vitale alla cassetta degli attrezzi per manipolare singole cellule e le loro parti. Studiando le cellule viventi a livello molecolare, possiamo estrarre singole molecole dalla stessa posizione con una risoluzione spaziale senza precedenti e in più punti nel tempo. Ciò può fornire una comprensione più profonda dei processi cellulari, e nello stabilire perché le cellule dello stesso tipo possono essere molto diverse tra loro."

Il professor Edel ha aggiunto:"L'intero progetto è stato reso possibile solo dal know-how unico, dalle capacità e dall'entusiasmo dei giovani membri del team, tra cui il dott. Binoy Paulose Nadappuram e il dott. Paolo Cadinu, fra gli altri, che hanno tutti competenze e background diversi".