Наука в кубе: в РФ создали установку для сверхточного исследования клеток
Как новый прибор поможет выращивать ткани и органы в мини-лабораториях
0
EN
Следите за нашими новостями в удобном формате
Есть новость? Присылайте!
В РФ разработана новая установка, которая сочетает два современных метода исследования вещества: атомно-силовую микроскопию и рамановскую спектроскопию. Прибор позволяет исследовать свойства материалов и клеток — его применение ускорит создание биоматериалов и сделает микробиологические эксперименты более точными. Устройство поместили в мини-лабораторию, которую ранее сделали в ИТМО, и уже выращивают клеточные культуры, создают базы данных на основе экспериментов и учатся разрабатывать ткани и органы. Подробнее о химических кубах с новыми приборами — в материале «Известий».
Уникальная лаборатория в кубе
Ученые ИТМО совместно с индустриальным партнером ООО «Активная фотоника» разработали установку, которая позволяет без участия человека с высокой точностью получать информацию о микробиологических и клеточных экспериментах. Прибор сочетает два метода получения информации о веществе: атомно-силовую микроскопию и рамановскую спектроскопию. Установка автоматически анализирует полученные в ходе исследований данные с помощью встроенного программного обеспечения.
Атомно-силовая микроскопия с помощью нанометровой иглы позволяет «ощупывать» поверхность материала и строить 3D-карту его рельефа. Рамановская спектроскопия определяет химический состав вещества по тому, как оно рассеивает лазерное излучение. Обычно для реализации этих методов используют два отдельных прибора — это дорого и занимает много времени. Сочетание же двух этих методов в одной установке позволяет одновременно увидеть состав и форму вещества, увеличивает точность и качество получаемых данных и дает возможность гарантировать исследование в интересующей локальной зоне, рассказали разработчики.
Устройство размещено в портативном химическом кубе для проведения экспериментов с клетками и бактериями — полностью автоматизированной мини-лаборатории, которую построили в ИТМО в 2023 году. Внутри есть роборука, которая заменяет лаборанта и позволяет автоматизировать часть экспериментов на установке — благодаря этому точность выполнения экспериментов повышается, в том числе из-за возможности многократно повторять их на автоматической установке.
— С помощью прибора можно измерять механические свойства клеточной мембраны (жесткость, эластичность и адгезию), проводить ее химический анализ, контролировать качество клеточных культур, взаимодействия клеток с биоматериалами. Всё это помогает исследовать свойства материалов и особенности их моделирования, дает представление о том, как эти материалы взаимодействуют с биологическими системами. Эта информация полезна при разработке материалов для биологических применений: например, при создании биосовместимых покрытий на имплантатах, систем для доставки лекарств, выращивании тканей и органов, — рассказал главный разработчик проекта научный сотрудник научно-образовательного центра инфохимии ИТМО Алексей Мешков.
Система работает следующим образом: робот-манипулятор устанавливает планшетный ридер с образцами вещества (в данном случае — клеток или материалов) на подвижную платформу. С ее помощью планшет перемещается в зону сканирования: атомно-силовой микроскоп собирает информацию о топологии поверхности, а спектроскоп — данные о свойствах материала и его составе. Полученную информацию анализирует встроенное ПО, а затем ее получают ученые.
Перспективы нового прибора
Разработка ИТМО выглядит как шаг в сторону будущего биотехнологических и микробиологических исследований — там, где нужны одновременно высокая точность, автоматизация и многопараметрический анализ. Комбинация атомно-силовой микроскопии и рамановской спектроскопии в одном устройстве — это, без преувеличения, технологическая эволюция, рассказал «Известиям» эксперт НТИ «Хелснет», ученый-биолог, онко-биоинформатик, основатель биомедтех-стартапов BioAlg Corp. и OncoUnite Дмитрий Чебанов. Раньше такие измерения делали на отдельных установках, вручную совмещая изображения и спектры, что отнимало много времени и давало риски рассинхронизации.
— Здесь же всё объединено в одну систему, способную одновременно «прощупать» поверхность клеток с нанометровой точностью и определить их химический состав. Это особенно перспективно в таких областях, как разработка биоматериалов и искусственных тканей, клеточная инженерия и фармацевтика, онкология и диагностика. — потенциально устройство можно адаптировать для выявления химических различий между здоровыми и опухолевыми клетками в реальном времени, — сказал специалист.
Автоматизация с помощью роборуки тоже критична: воспроизводимость и стандартизация в биологии — вечная проблема, подчеркнул Чебанов. А здесь ученые получают возможность повторять эксперименты с минимальными погрешностями, создавая большие и достоверные датасеты.
Организация полноценной стационарной лаборатории сопряжена с множеством ограничений и сложностей, в том числе опосредованных требованиями нормативно-правовой документации, отметила заведующая кафедрой медицинской микробиологии и иммунологии СамГМУ, эксперт центра компетенций «Бионическая инженерия в медицине» Ольга Кондратенко.
— Разработка ИТМО — мобильная сборно-разборная лаборатория — выглядит весьма перспективно. Подобное решение может использоваться в рамках образовательного процесса различного уровня, как на занятиях со студентами, так и в рамках последипломного образования. Она может быть интегрирована как в лабораторный модуль на специализированных кафедрах, так и в качестве дополнительных возможностей для расширения уже имеющихся лабораторий, — сказала она.
Прозрачность куба позволяет изучать методики и процессы студентами и врачами, находящимися вне куба, в том числе в рамках проведения мастер-классов и специализированных конференций, подчеркнула эксперт.
