Pesquisadores de engenharia da Universidade de Toronto construíram um conjunto de 'pinças' magnéticas que podem posicionar uma conta em escala nanométrica dentro de uma célula humana em três dimensões com precisão sem precedentes. O nano-bot já foi usado para estudar as propriedades das células cancerosas, e pode apontar o caminho para um melhor diagnóstico e tratamento.

O professor Yu Sun e sua equipe vêm construindo robôs que podem manipular células individuais por duas décadas. Suas criações têm a capacidade de manipular e medir células individuais - úteis em procedimentos como fertilização in vitro e medicina personalizada. Seu último estudo, publicado hoje em Ciência Robótica , leva a tecnologia um passo adiante.

"Até aqui, nosso robô está explorando fora de um edifício, tocando a parede de tijolos, e tentando descobrir o que está acontecendo lá dentro, "diz Sun." Queríamos implantar um robô no prédio e sondar todas as salas e estruturas. "

A equipe criou sistemas robóticos que podem manipular estruturas subcelulares dentro de microscópios eletrônicos, mas isso requer liofilizar as células e cortá-las em fatias minúsculas. Para sondar células vivas, outras equipes usaram técnicas como lasers ou acústica.

"Pinças ópticas - usando lasers para sondar células - é uma abordagem popular, "diz Xian Wang, o Ph.D. candidato que conduziu a pesquisa. A tecnologia foi homenageada com o Prêmio Nobel de Física 2018, mas Wang diz que a força que ele pode gerar não é grande o suficiente para a manipulação mecânica e medição que ele queria fazer.

"Você pode tentar aumentar a potência para gerar uma força maior, mas você corre o risco de danificar os componentes subcelulares que está tentando medir, "diz Wang.

O sistema projetado por Wang usa seis bobinas magnéticas colocadas em planos diferentes ao redor de uma lamela de microscópio semeada com células cancerosas vivas. Um cordão de ferro magnético com cerca de 700 nanômetros de diâmetro - cerca de 100 vezes menor do que a espessura de um cabelo humano - é colocado na lamela, onde as células cancerosas facilmente o absorvem dentro de suas membranas.

Assim que a conta estiver dentro, Wang controla sua posição usando feedback em tempo real de imagens de microscopia confocal. Ele usa um algoritmo controlado por computador para variar a corrente elétrica através de cada uma das bobinas, moldar o campo magnético em três dimensões e persuadir o grânulo a qualquer posição desejada dentro da célula.

"Podemos controlar a posição dentro de algumas centenas de nanômetros abaixo do limite de movimento browniano, "disse Wang." Podemos exercer forças de uma ordem de magnitude maior do que seria possível com lasers. "

Em colaboração com a Dra. Helen McNeil e Yonit Tsatskis no Hospital Mount Sinai e a Dra. Sevan Hopyan no Hospital for Sick Children (SickKids), a equipe usou seu sistema robótico para estudar as células cancerosas da bexiga em estágio inicial e posterior.

Estudos anteriores sobre núcleos de células exigiam sua extração de células. Wang e Sun mediram os núcleos das células em células intactas, sem a necessidade de quebrar a membrana celular ou o citoesqueleto. Eles foram capazes de mostrar que o núcleo não é igualmente rígido em todas as direções.

"É um pouco como uma bola de futebol - mecanicamente, é mais rígido ao longo de um eixo do que do outro, "diz Sun." Não teríamos sabido disso sem esta nova técnica. "

Eles também foram capazes de medir exatamente o quanto o núcleo ficava mais rígido quando cutucado repetidamente, e determinar qual proteína celular ou proteínas podem desempenhar um papel no controle desta resposta. Esse conhecimento pode apontar o caminho para novos métodos de diagnóstico de câncer.

"Sabemos que nas células em estágio avançado, a resposta de enrijecimento não é tão forte, "diz Wang." Em situações em que as células cancerosas em estágio inicial e células em estágio posterior não parecem muito diferentes morfologicamente, isso fornece outra maneira de diferenciá-los. "

De acordo com a Sun, a pesquisa pode ir ainda mais longe.

"Você pode imaginar trazer enxames inteiros desses nano-bots, e usá-los para matar um tumor de fome, bloqueando os vasos sanguíneos dentro do tumor, ou destruí-lo diretamente por meio de ablação mecânica, "diz Sun." Isso ofereceria uma maneira de tratar cânceres que são resistentes à quimioterapia, radioterapia e imunoterapia. "

Esses aplicativos ainda estão muito longe da implantação clínica, mas Sun e sua equipe estão entusiasmados com essa direção de pesquisa. Eles já estão em processo de experimentos com animais com o Dr. Xi Huang em SickKids.

"Ainda não é uma viagem fantástica, " ele diz, referindo-se ao filme de ficção científica de 1966. "Mas alcançamos uma precisão sem precedentes na posição e no controle da força. Essa é uma grande parte do que precisamos para chegar lá, então fique ligado!"