חוקרי סטנפורד רפואה ממציאים מכשיר אלקטרומגנטי שיכול למיין בעדינות סוגים שונים של תאים על ידי הרפתם לגבהים שונים.
זה נראה כמו טריק קסם: תאים בתחתית תווך נוזלי מתחילים לרחף, ואז מרחפים בגובה מסוים. ללא מגע פיזי, כוח בלתי נראה מכוון תאים מסוימים לצוף למעלה או למטה ביחד, כמו מיני צוללות.
אבל אין כאן שום פיקוח יד. הכל מתרחש במכשיר חדש למיון תאים שמשתמש בריחוף אלקטרומגנטי כדי לכוון במדויק את תנועת התאים. המכשיר, שפותח על ידי חוקרים ומשתפי פעולה של רפואת סטנפורד, יכול לשמש להפרדה מסוגים שונים של תאים – תאים סרטניים מתאים בריאים, או תאים חיים מתאים מתים, למשל – עם יישומים פוטנציאליים רבים במעבדה ובמרפאה.
"בסביבה הקלינית, ייתכן שיש לך דגימת ביופסיה בנפח נמוך מאוד, ואתה רוצה להסתכל על תאים מסוימים ולשמור עליהם קיימא לבדיקות גנומיות נוספות – זה יהיה יישום מושלם לטכנולוגיה הזו", אמר גוזדה דורמוס, דוקטור, עוזר פרופסור לרדיולוגיה ומחבר בכיר של מאמר שפורסם ב-8 בספטמבר ב הליכים של האקדמיה הלאומית למדעים מתאר את הטכנולוגיה החדשה.
הכותבת הראשית היא Malavika Ramarao, חוקרת לשעבר במעבדה של דורמוס.
בניגוד לטכניקות מיון תאים אחרות, המכשיר החדש, הנקרא Electro-LEV, אינו דורש הצמדת תוויות פלואורסצנטיות או נוגדנים לתאים, או חשיפתם לכימיקלים קשים או לכוחות צנטריפוגליים. במקום זאת, התאים מופרדים על סמך הצפיפות והרגישות המגנטית שלהם.
"אנחנו יכולים למיין אותם בעדינות," אמר דורמוס.
זוג מגנטים
Electro-LEV מתבסס על מערכת ריחוף מגנטית פשוטה שפיתח דורמוס לפני יותר מעשור. ב-2015 היא פרסמה מאמר שמראה שהמערכת יכולה לרחף כמעט כל סוג של תא.
תאים יכולים לרחף כי לכל דבר על פני כדור הארץ יש כמה תכונות מגנטיות מובנות."
Gozde Durmus, PhD, עוזר פרופסור לרדיולוגיה ומחבר בכיר של מאמר
מערכת הריחוף המגנטית מורכבת מזוג מגנטים, כל אחד בגודל של מסטיק מסטיק ומעט חזק יותר ממגנטים רגילים למקרר, המונחים זה על גבי זה, מקוטב צפוני לקוטב צפוני ומקוטב דרומי לקוטב דרומי. נימי זכוכית צר, בקוטר מילימטר אחד, מוצמד בין שני המגנטים. תאים בתמיסה פרמגנטית זורמים דרך הנימים.
(פתרונות פרמגנטיים, כגון חומרי הניגוד המשמשים לשיפור סריקות MRI, מגבירים מעט שדה מגנטי חיצוני.)
"הכוחות המגנטיים שאנו עובדים איתם קטנים מאוד, בסביבות 0.4 טסלה", אמר דורמוס. "אבל היופי במערכת שלנו הוא שאנחנו שמים את המגנטים כל כך קרוב זה לזה ששיפוע השדה המגנטי גדול מאוד. זה הטריק".
שיפוע השדה המגנטי הוא השינוי בעוצמת השדה המגנטי לאורך המרחק, והוא עולה כאשר שני מגנטים קרובים יותר זה לזה. ככל שהשיפוע גדול יותר, כך הוא מפעיל יותר כוח על עצמים בשדה.
לשם השוואה, המגנטים החזקים במכונות MRI הם בערך 7 טסלה, אבל הם במרחק של מטר אחד בערך. "שיפוע השדה המגנטי במכשיר MRI הוא למעשה קטן יותר ממה שאנו יוצרים במכונה הקטנטונת שלנו, שבה המגנטים נמצאים במרחק של מילימטר אחד זה מזה", אמר דורמוס.
בתוך הנימים, שיפוע השדה המגנטי גורם לתאים לרחף לנקודת שיווי משקל. הגובה המדויק תלוי במידה רבה בצפיפות התא, השונה לפי סוג התא ומצבו.
למרות שמערכת הריחוף המגנטית המתוארת במאמר משנת 2015 אפשרה לחוקרים להבחין חזותית בסוגים שונים של תאים, ההבדלים היו לרוב קטנים מכדי למיין את התאים באופן מעשי. ההגדרה הייתה גם סטטית, כלומר לא הייתה דרך להתאים את התנאים במהלך ניסוי.
"אחרי שהרחפת תא, אם רצית להרחיק אותו הלאה, היית צריך להכין דגימה חדשה כדי להתאים את התכונות הפראמגנטיות. זה היה אתגר", אמר דורמוס.
שינוי הזרם
המכשיר החדש מוסיף סלילים אלקטרומגנטיים לשני המגנטים. על ידי התאמת הזרם החשמלי העובר דרך הסלילים, החוקרים יכולים לשנות באופן מיידי את הכוח המגנטי המופעל על התאים.
"עם העיצוב הנוכחי שלנו, אתה יכול לתפעל בדיוק רב את התאים כדי להפריד אותם עוד יותר," אמר דורמוס.
תאים המרחפים בגבהים שונים ממוינים כשהם זורמים החוצה מהנימי, המסתעפים למוצא עליון ומוצא תחתון.
"אם המיון לא הולך טוב, אתה פשוט משנה את הזרם", אמר דורמוס. "הכל בשליטתך בזמן אמת, כך שזה יותר ידידותי למשתמש."
מת או חי
במחקר החדש, החוקרים הדגימו כי Electro-LEV יכול לכוונן את הריחוף של מגוון סוגי תאים, כולל תאי סרטן השד, תאי סרטן ריאות, פיברובלסטים ותאי דם לבנים.
לאחר מכן הם בדקו את יכולת המערכת להתמודד עם בעיה נפוצה בהכנת דגימות ביולוגיות – הפרדת תאים חיים מתאים מתים. לצורך ריצוף מדויק של RNA חד-תא ובדיקת רעילות לתרופות, למשל, יש לנכש תאים מתים. ובהשתלת תאי גזע, תאים מתים יכולים לעורר תגובות דלקתיות מסוכנות.
למרבה המזל, תאים מתים אינם עפים גבוה כמו תאים חיים. "ברגע שהתאים מתים, בדרך כלל קרומי התא שלהם נפגעים והם דולפים יותר, ולכן הם תופסים יותר תמיסה פרמגנטית והופכים צפופים יותר", אמר דורמוס.
כאשר החוקרים התחילו עם דגימה של 50% תאים חיים, הם גילו כי Electro-LEV יכול למיין תאים חיים ומתים מספיק טוב כדי להשיג מדגם של כ-93% תאים חיים. אפילו עם מדגם התחלתי של רק 10% תאים חיים, Electro-LEV יכול להשיג מדגם של כ-70% תאים חיים.
ייתכן שלמערכת אפילו יש פוטנציאל למיין תאים בעלי צפיפות דומה. החוקרים גילו שבהשוואה לתאים סרטניים בודדים, מקבצים של תאים סרטניים הגיבו מהר יותר לשינויים בשדה המגנטי. הסיבה לכך היא שלתאים בודדים יש יותר שטח פנים ביחס לנפח שלהם וחווים כוח גרירה רב יותר. התופעה מעידה על כך שמהירות ריחוף יכולה להיות דרך לנטר צבירים של תאים סרטניים, אשר נוטים להיות אגרסיביים יותר ובעלי סיכוי גבוה יותר לגרום לגרורות, אמר דורמוס.
היא רואה בעיני רוחה יישומים מרחיקי טווח לריחוף אלקטרומגנטי, מיון כל דבר מתאי סרטן ועד חיידקים, הרכבת תאים לאורגנואידים או אפילו מכוונת מיקרורובוטים.
"זו פלטפורמה רחבה ורב-תכליתית", אמר דורמוס. "אני חושב שיהיו יישומים שעוד לא חשבנו עליהם".
תרם לעבודה חוקר מאוניברסיטת אוזיגין בטורקיה.
המחקר קיבל מימון מקרן בורוז וולקום, קרן גורדון ובטי מור, קרן דונלד א. ודליה ב. בקסטר, ופרס הפקולטה של מקורמיק וגביליאן מאוניברסיטת סטנפורד.
