Ukázka přesnosti s jakou lze magnetickou nanočástečkou šesticí pinzet manipulovat. Kredit: Wang et al., Sci. Robot . 4, eaav6180 (2019)

Když se to tak vezme, tak princip toho, co nyní použili v Kanadě, znali už kováři za dob našich pradědů. Přivedla je k tomu  práce s kladivem, bruskou,… a odletující obrobky, které si jako místo dopadu rády vybírají oko. Z vesnice to k doktorovi bylo daleko, a tak pro takové případy mívali v šuplíku s vercajkem i silný magnet. Bylo to moudré. Rozžhavené okuje, špony a piliny jsou sterilní jako málo co. Popravdě řečeno, nic lepšího si při své smůle nešťastník nemohl přát, a přiložení magnetu k rohovce infekci do rány také nepřineslo. Hodně mistrů a tovaryšů tomu vděčilo za  zrak. Dnes se to provádí podobně, jen se v zápisu pro pojišťovnu píše, že byla použita magnetická pinzeta.

Xian Wang, vynálezce magnetického nanobota schopného se přesunout do jakéhokoliv místa lidské buňky.

Čínští výzkumníci v Torontu magnetickou pinzetu vylepšili a sepsali o tom článek. Zveřejnil jim ho vědecký časopis Science Robotics. A jak už nejspíš tušíte, že místo magnetu použili elektromagnety. Jejich výhodou je, že se u nich dá síla regulovat pomocí průtoku proudu cívkou. A protože vynálezci, kromě biologie, byli zdatní i ve fyzice a programování, vzali si magnetických pinzet do parády hned šest najednou. Všechny je nainstalovali na optický mikroskop a cívky jejich elektromagnetů rozmístili okolo krycího sklíčka  (tam, kam směřuje objektiv). Tím se stalo, že ovládacím algoritmem mohou v zorném poli "tahat" za magnetický materiál ve třech rovinách. K těmto hrátkám nepoužili  odpad z černého řemesla (špony ani piliny), ale mnohem menší částice, kterým říkají nano-korálky. Jsou tak nicotné, že s nimi mohou pracovat uvnitř buňky, aniž by jí tím způsobovali nějaká větší příkoří.  Jak autoři přiznávají, technicky nejkomplikovanější záležitostí bylo všech šest pinzet sladit tak, aby pohyb byl "nano-pohybem". Podařilo se to bravurně a s korálkem zvládají manipulovat s bezprecedentní přesností.

Schéma pinzet instalovaných na konfokálním mikroskopu. Kredit: Wang et al., Sci. Robot . 4, eaav6180 (2019)

Se svým nanobotem už vědci zkusili testovat vlastnosti rakovinových buněk. Doufají, že v tom budou mít úspěch. Zvrhlé buňky totiž mají jednu velkou nectnost - jsou si často s těmi normálními navenek podobné, jak vejce vejci. Nanoboty by mohly u zvrhlých buněk nacházet  odlišnosti  uvnitř buněk a přispět k diagnostice a snad i léčbě. Výhodou korálků je, že mají uprostřed dírku a že tu lze plnit ledasčím. Vize je taková, že by se nemocným, kterým selžou chemoterapie, radioterapie, imunoterapie, homeopatika i zaříkávání, provedly obstřiky s hejnem nanobotů. Ty by se pak magnetickým polem směrovaly do míst, kde by rakovině ztrpčovaly život. A třeba i jen čistě mechanicky. Například navedením částic do míst, kde by ucpaly cévy vyživující ložiska s metastázemi. Představa je to pěkná i proto, že míst, kde se skalpelem moc šermovat nedá, je až nepříjemně moc.

„Pohon“ nanobota v zorném poli objektivu zajišťuje šest elektromagnetických cívek. Kredit: Tyler Irving, U T Engineering

Nazývat kuličku postrkovanou elektromagnetickým polem robotem, je tak trochu troufalost. Nicméně tvůrcům nového přístroje nutno přiznat, že vyrobili nástroj, kterým se dají „proklepat“ i struktury uvnitř buněk. Žádné podobné klepadlo jsme zatím k dispozici neměli. Jeho prvním poznatkem je, že jaderná membrána je někde tuhá a nepoddajná a jinde „měkkota“. Nejspíš to souvisí s hustotou aktinových vláken, kterými si buňky udržují strukturu vnitřních organel, aby jim nelítaly v cytoplazmě jako nudle v bandě. Jak vidno, tak i prostým „poklepáváním“ se lze dobrat překvapivých poznatků a dokonce o ještě titěrnějších strukturách, než jaké jsou ty, do nichž se kuličkou navážíme. Tlačení na membránu vydalo svědectví nejen o vlastnostech jaderné membrány, ale i hustotě a orientaci vláken, které udržují jádro v jeho pozici.

Nano korálek při práci uvnitř buňky. Kredit: Wang et al., Sci. Robot . 4, eaav6180 (2019)

Předvedený prototyp má celou řadu předností. Patří k nim možnost řídit ho s přesností, která se prakticky rovná chybě způsobované náhodnými nárazy atomů. Průměrná chyba polohování částice je 0,4 μm. Kmity zapříčiněné tzv. Brownovým pohybem jsou 0,31 μm. Je pravdou, že již existuje zařízení zvané akustická pinzeta. Ta si ale o přesnosti s jakou lze pracovat s nynější kanadskou novinkou, může nechat jen zdát. Podobně na tom je optická pinzeta. I ta má své mouchy. Zatímco magnetickou pinzetou se na zvoleném místě a patřičným směrem, dá zatlačit silou až 60 pN (hodnota se navíc dá odstupňovat s přesností 4 pN), optická pinzeta dovoluje jen  šestkrát menší hodnotu. Jakákoliv snaha zvýšit výkon laseru u ní vede tak akorát k uvaření buněčných struktur. I když nynější zařízení k zavedení do kliniky čeká ještě velký kus cesty, v oblasti základního výzkumu má potenciál přispět k poznání poměrů panujících uvnitř buněk, celou řadou užitečností.

Literatura

X. Wan, et al.: Intracellular manipulation and measurement with multipole magnetic tweezers. Science Robotics  13 Mar 2019: vol. 4, Issue 28, eaav6180, DOI: 10.1126/scirobotics.aav6180