دستکاری سلول ها با الهام از فناوری پرتو تراکتوری جنگ ستارگان

دانشمندان MIT برای ساخت تراشه‌ای در راستای جذب و جابه‌جایی سلول‌ها از فناوری پرتو تراکتوری «جنگ ستارگان» الهام گرفتند.

به گزارش تک‌ناک، این تراشه به منظور دستکاری سلول‌های زیستی و مواد در مقیاس میکروسکوپی طراحی شده است و پتانسیل بالایی در کاربردهای زیست‌پزشکی، از جمله مطالعه DNA، شناسایی انواع مختلف سلول‌ها، انتقال داروها، بررسی علل اصلی بیماری‌ها و درمان بیماری‌ها دارد.

این تراشه بر اساس فناوری فوتونیک سیلیکونی ساخته شده است. در این فناوری تله‌ها و انبرک‌های نوری از پرتوهای نور متمرکز برای گرفتن و حرکت دادن ذرات بیولوژیکی کوچک، مانند: سلول‌ها یا مولکول‌های DNA استفاده می‌کنند.

نور شدید در مرکز پرتو ذرات را جذب می‌کند، در حالی که هدایت پرتو به محققان اجازه می‌دهد حرکت و موقعیت ذرات کوچک را کنترل نمایند.

با وجود این، انبرک‌های نوری سنتی به یک سیستم میکروسکوپ بزرگ و آزمایشگاهی، همراه با اجزای مختلف برای تولید و کنترل پرتو نور نیاز دارند. این موضوع استفاده از آنها را در بسیاری از محیط‌ها دشوار می‌کند.

این فناوری پرتو تراکتوری مبتنی بر تراشه یک راه‌حل جمع‌وجورتر، مقرون‌به‌صرفه‌تر و چندمنظوره‌تر ارائه می‌دهد.

یلنا نوتاروس، یکی از محققان این نوآوری گفت: «با فوتونیک سیلیکونی، ما می‌توانیم این سیستم بزرگ و اغلب آزمایشگاهی را روی یک تراشه ادغام کنیم. این یک راه‌حل عالی برای زیست‌شناسان ارائه می‌دهد، چرا که می‌توانند بدون نیاز به یک سیستم پیچیده و حجیم نوری، از قابلیت‌های تله‌گذاری و انبرک‌های نوری استفاده کنند.»

بر خلاف انبرک‌های نوری مبتنی بر تراشه‌های قبلی که فقط می‌توانستند ذرات را در نزدیکی سطح تراشه دستکاری کنند، این دستگاه جدید می‌تواند سلول‌ها را از فاصله بسیار بیشتری بگیرد و حرکت دهد.

جالب است که پرتو نور می‌تواند از پوشش‌های شیشه‌ای که نمونه‌های بیولوژیکی را محافظت می‌کنند، عبور نماید و محیطی استریل برای سلول‌ها فراهم آورد.

از آرایه فازی نوری یکپارچه (IOPA) برای ایجاد این انبرک‌های نوری یکپارچه استفاده شد، که می‌توانند سلول‌ها را از فاصله بسیار بیشتری از سطح تراشه بگیرند و دستکاری کنند.

نوتاروس تصریح کرد:‌ «این کار امکانات جدیدی برای انبرک‌های نوری مبتنی بر تراشه باز می‌کند، چرا که امکان تله‌گذاری و دستکاری سلول‌ها را در فواصل بسیار بزرگ‌تر از آنچه در گذشته نشان داده شده بود، فراهم می‌آورد.»

فناوری آرایه فازی نوری یکپارچه از مجموعه‌ای از آنتن‌های کوچک ساخته شده روی یک تراشه سیلیکونی استفاده می‌کند. این تراشه با استفاده از تکنیک‌های ساخت نیمه‌هادی ساخته شده است.

بر اساس بیانیه مطبوعاتی، محققان می‌توانند ویژگی‌های پرتو نور را با تغییر الکترونیکی سیگنال‌های ارسال شده به آنتن‌های فردی کنترل کنند.

نوتاروس در بیانیه مطبوعاتی اعلام کرد: «هیچ‌کس در گذشته انبرک‌های نوری مبتنی بر فوتونیک سیلیکونی که قادر به تله‌گذاری میکروذرات در فاصله‌ای به اندازه میلی‌متر باشند را ایجاد نکرده بود. این یک بهبود چندین مرتبه‌ای نسبت به نمایش‌های قبلی است.»

محققان ابتدا دستگاه مبتنی‌بر فناوری پرتو تراکتوری را روی کره‌های پلی‌استایرن آزمایش و سپس تلاش کردند سلول‌های سرطانی را تله‌گذاری و دستکاری کنند.

محققان با چالش‌هایی مانند: توسعه روش‌هایی برای ردیابی نیمه‌خودکار ذرات، تعیین قدرت بهینه تله و پردازش مؤثر داده‌های تجربی مواجه شدند.

پس از غلبه بر چالش‌های مختلف، آنها با موفقیت استفاده از انبرک‌های نوری تک‌پرتوی برای دستکاری سلول‌ها را نشان دادند.

این پیشرفت ممکن است به محققان اجازه دهد با سلول‌ها در محیطی طبیعی‌تر کار کنند و آلودگی و استرس را کاهش دهند.

همچنین این کنترل دقیق مبتنی‌بر فناوری پرتو تراکتوری بر حرکت ذرات برای کاربردهای مختلف در زیست‌شناسی و پزشکی بسیار مهم است، چرا که به محققان امکان می‌دهد فرایندهای سلولی را مطالعه، DNA را تحلیل کنند و ابزارهای تشخیصی و درمانی جدیدی توسعه دهند.

این یافته‌ها در مجله Nature Communications منتشر شده‌اند.