纳米镊子可以对单个细胞进行单分子“活检”

使用电脉冲，镊子可以从活细胞中提取单个DNA、蛋白质和细胞器，而不会破坏它们。

我们正在不断扩展我们对细胞如何工作的知识，但仍有许多未解决的问题。对于相同类型的单个细胞，如大脑、肌肉或脂肪细胞，尤其如此，但在单个分子水平上具有非常不同的组成。

对看似相同的细胞的多样性进行编目可以帮助研究人员更好地理解基本的细胞过程，设计改进的疾病模型，甚至新的患者特异性疗法。

然而，用于研究这些差异的传统方法通常涉及破坏细胞，使其所有内容物混合。这不仅会导致空间信息(内容如何相互排列)的丢失，还会导致动态信息的丢失，例如细胞中的分子随时间的变化。

伦敦帝国理工学院的约书亚埃德尔教授和亚历克斯伊万诺夫博士领导的团队开发了一种新技术，使研究人员能够从活细胞中提取单个分子，而不会破坏它们。这项发表在《自然纳米技术》杂志上的研究可以帮助科学家构建“人类细胞地图”，并为健康细胞如何发挥功能以及患病细胞的问题提供新的见解。

帝国大学化学系的约书亚埃德尔教授说：“通过我们的镊子，我们可以在不破坏细胞的情况下，实时从细胞中提取最小量的分子。我们已经证明，我们可以从细胞的不同区域操纵和提取几个不同的部分——包括细胞体中的线粒体，细胞质中不同位置的RNA，甚至细胞核中的DNA。

镊子由锋利的玻璃棒构成，玻璃棒终止于一对由碳基材料制成的电极，很像石墨。该尖端直径不到50纳米(纳米是一毫米的百万分之一)，分为两个电极，电极之间有10到20纳米的间隙。

通过施加交流电压，这个小间隙产生强大且高度局域化的电场，可以捕获和提取细胞的微量元素，如DNA和转录因子——可以改变基因活性的分子。

这种方法基于一种叫做介电泳的现象。镊子产生足够高的电场来捕获某些物体，如单个分子和粒子。从细胞中选择单个分子的能力使其有别于其他技术。

这项技术可能被用来进行目前不可能的实验。例如，神经细胞需要大量的能量向全身发出信息，因此它们包含许多线粒体来帮助它们发挥作用。然而，通过在单个神经细胞中添加或移除线粒体，研究人员可以更好地了解它们的功能，特别是在神经退行性疾病中。

来自帝国化学系的亚历克斯伊万诺夫博士说：“这些纳米镊子可能是操纵单细胞及其成分工具箱的重要补充。通过在分子水平上研究活细胞，我们可以从中提取单个分子。同一个位置有前所未有的空间分辨率和多个时间点。这可以提供对细胞过程的更深入理解，并确定为什么来自相同类型的细胞可能彼此非常不同。

埃德尔教授补充说：“整个项目只能通过年轻团队成员的独特技能、能力和热情来实现，包括比诺伊保罗纳达普拉姆博士和保罗卡迪努博士，他们都有不同的专业知识和背景。”

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