(Phys.org) — Il n'y a pas deux cellules biologiques exactement identiques. Même un petit échantillon de tumeur biopsié contient des cellules avec de grandes variations dans leur taux de prolifération, potentiel de métastase, la réactivité aux médicaments, etc. Cependant, en raison de la grande taille des outils utilisés pour analyser les cellules, les données recueillies à partir d'échantillons de tissus sont souvent moyennées sur une multitude de cellules. En tant que tel, il peut ne pas représenter avec précision le comportement des cellules d'intérêt individuelles. Étant donné que l'analyse des cellules individuelles est très importante pour la conception de traitements efficaces, les chercheurs travaillent sur des moyens de capturer des cellules individuelles, et beaucoup d'entre eux à la fois.

Dans une nouvelle étude publiée dans Lettres nano , chercheurs de l'Université Johns Hopkins de Baltimore, Maryland, et le laboratoire de recherche de l'armée américaine à Adelphi, Maryland, ont conçu et fabriqué de minuscules pinces auto-pliantes qui peuvent capturer des cellules individuelles sous dans vitro et potentiellement dans vive environnements. Les pinces peuvent être produites en série, avec peut-être 100 millions sur une plaquette de 12 pouces, et potentiellement dirigé vers une partie spécifique du corps pour capturer des types spécifiques de cellules. Un peu comme la façon dont un piège à mouches de Vénus capture sa proie, les pinces auto-pliantes enferment leurs bras autour des cellules cibles, mais sans les tuer. Dans les expériences, les chercheurs ont démontré que les pinces peuvent capturer des cellules de fibroblastes de souris in vitro , ainsi que les globules rouges.

"Nous pensons qu'il s'agit d'une étape importante vers un objectif de capture et d'analyse de cellules individuelles dans le même appareil à haut débit sous les deux in vitro et in vivo conditions, " David H. Gracias, Professeur à l'Université Johns Hopkins, Raconté Phys.org .

Cette pince n'est pas le premier appareil capable de capturer des cellules individuelles. Actuellement, un large éventail de techniques telles que les pièges optiques et microfluidiques, cytométrie en flux (dans laquelle un laser est utilisé pour suspendre les cellules dans un flux de fluide), des micropuits et même des dispositifs robotiques miniatures sont disponibles pour in vitro analyse unicellulaire. Cependant, ces techniques sont confrontées à des problèmes tels que la perte de leur emprise sur les cellules ou la nécessité de fils et d'attaches qui limitent la mobilité, limiter leur utilisation.

La pince auto-pliante développée dans la nouvelle étude surmonte ces problèmes car elle a la capacité de saisir les cellules en utilisant uniquement l'énergie de la libération de contraintes dans ses propres matériaux, sans avoir besoin de fils, attaches, ou des piles. Le mécanisme de préhension se produit parce que les "charnières" de la pince sont constituées d'un SiO/SiO précontraint 2 bicouche. Les charnières sont reliées à un corps rigide et des bras constitués uniquement de SiO. Lorsqu'il est exposé à une solution saline, la couche sacrificielle sous-jacente libère les bras et les fait s'enrouler vers le haut et se refermer autour d'une cellule. En tant que matériaux biocompatibles et biorésorbables, couches minces de SiO et de SiO 2 se dissoudre dans les fluides biologiques au fil du temps.

Les chercheurs ont montré que, par photolithographie, les pinces peuvent être fabriquées dans des tailles allant de 10 à 70 µm d'une pointe à l'autre lorsqu'elles sont ouvertes, qui est une plage de taille appropriée pour saisir une variété de cellules individuelles. Les pinces peuvent être pliées à des angles allant de 90° à 115° en contrôlant l'épaisseur du film bicouche. Parce que les pinces ont des ouvertures fendues à l'intersection des bras, nutriments, déchets, et d'autres produits biochimiques peuvent facilement s'écouler vers et depuis les cellules. Les expériences ont confirmé que les pinces ne tuaient pas les cellules, bien que certaines cellules se soient conformées à la forme des pinces. Parce que les pinces sont optiquement transparentes, ils sont idéaux pour l'imagerie des cellules piégées à l'aide de microscopes optiques. Bien que le moment de la fermeture des pinces ne puisse actuellement pas être contrôlé, les chercheurs expliquent qu'à l'avenir, il sera peut-être possible de leur permettre de réagir et de se rapprocher de produits chimiques spécifiques.

« Actuellement, les pinces se ferment spontanément à la sortie du substrat, donc la capture est statistique, " a déclaré Gracias. " Ailleurs, nous avons montré avec des pinces plus grandes qu'un déclencheur en polymère peut être ajouté pour rendre ces outils sensibles à la température et même aux enzymes telles que les protéases. Ainsi, les préhenseurs à cellule unique pourraient également être potentiellement rendus réactifs à des cellules individuelles lorsqu'ils sont recouverts des éléments de reconnaissance appropriés. »

Parce que les pinces sont si petites, ils ont le potentiel d'être utilisés dans de nombreuses parties du corps. Par exemple, ils pourraient passer par des conduits étroits dans le système circulatoire, Nerveux central, et les systèmes urogénitaux. Pour ces in vivo les usages, les pinces pourraient être guidées par des éléments ferromagnétiques, et des biomarqueurs modelés sur eux pourraient être utilisés pour cibler des cellules malades spécifiques. Pour in vitro les usages, le guidage pourrait également être réalisé en dopant les pinces avec des éléments magnétiques tels que le nickel, et en utilisant des champs magnétiques pour déplacer les pinces. Globalement, les petits outils ont le potentiel de forger de grandes améliorations dans de nombreux domaines de la médecine, sur laquelle les chercheurs prévoient de continuer à travailler.

"Sur le in vitro côté nous essayons de développer un test à haut débit pour la capture et l'analyse de cellules individuelles en utilisant des modalités optiques et électriques sur une puce, " dit Gracias. " Sur le in vivo côté, nous aimerions explorer la possibilité d'une biopsie et d'une capture cellulaire spécifique dans des endroits difficiles d'accès in vivo ."

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