Ученые Массачусетского технологического института разработали робота, которого можно ввести в живую клетку, и он будет передавать из нее информацию о своем положении и состоянии самой клетки. Ученые полагают, что с такими инструментами может начаться новый этап изучения живых организмов. Фактически, речь идет о создании микророботов размером с клетку.
Исследователи Массачусетского технологического института разработали микроробота, который может работать внутри живой клетки и передавать сигнал по беспроводной связи. Микроробот управляется внешним магнитным полем. «Самый захватывающий момент этого исследования в том, что мы можем создавать киборгов в клеточном масштабе», — говорит Деблина Саркар, ведущий автор работы.
Технология, названная исследователями Cell Rover, представляет собой первую демонстрацию антенны, которая может работать внутри клетки и совместима с живыми биологическими системами. Он их не разрушает.
Существующие сегодня биоэлектронные интерфейсы, по словам Саркара, имеют миллиметровый размер или даже больший. Робот, разработанный командой - субмиллиметровый, он намного меньше клетки. Если сравнить его с ооцитом, который исследовала группа, робот составил менее 0,05% объема клетки. Это значительно меньше размера, который мог бы клетку повредить.
Не свет, а звук
Ключевой задачей ученых было найти способ построить приемо-передающую антенну такого микроразмера, чтобы она поместилась внутри клетки. Антенна должна быть сопоставима по размеру с длиной электромагнитной волны, которую она передает или принимает. Длина волны - это скорость света, деленная на частоту волны. Внутриклеточная антенна не может использовать длинные волны, для этого она слишком мала. А использование коротких волн для уменьшения размера антенны сразу ведет к увеличение частоты - в данном случае это тоже не подходит. Высокие частоты достаточно жесткие, - они повреждают клетку. Положение - безвыходное. Но исследователи нашли блестящее решение: они просто отказались от электромагнитных волн.
Антенна, разработанная учеными, преобразует электромагнитные волны в акустические, длина волны которых на пять порядков меньше, чем у электромагнитных. Звук создается вибрацией магнитострикционного материала (примерно, так гудит трансформатор).
Исследовать, не разрушая
Cell Rover может отслеживать развитие клетки, обнаруживая различные химические вещества и биомолекулы, такие как ферменты, регистрировать физические изменения, такие как клеточное давление, — все в реальном времени и естественных условиях.
С такими возможностями Cell Rover может быть полезен, например, в исследованиях рака и нейродегенеративных заболеваний. Как объясняет Саркар, эту технологию можно использовать для обнаружения и мониторинга биохимических и электрических изменений, связанных с болезнью, по мере ее прогрессирования в отдельных клетках.
В клетку можно ввести даже несколько Cell Rover, и они будут взаимодействовать между собой.
Ананта П. Чандракасан, декан Инженерной школы Массачусетского технологического института говорит: "Это дает беспрецедентные возможности для точной диагностики, терапии и открытия лекарств, и даже создания нового направления на стыке биологии и электронных устройств».
Фактически, речь и идет о создании "киборгов в клеточном масштабе».