多倫多大學工程研究人員已經建立了一套磁性“鑷子”，可以將納米尺度的珠子以三維方式定位在人體細胞內，具有前所未有的精確度。納米機器人已被用于研究癌細胞的特性，并可指出加強診斷和治療的方法。

Yu Sun教授和他的團隊一直在建造可以操縱單個細胞二十年的機器人。他們的創造有能力操縱和測量單個細胞 -在體外受精和個性化醫療等程序中有用。他們今天在Science Robotics上發表的最新研究將該技術向前推進了一步。

“到目前為止，我們的機器人一直在建筑物外探索，觸摸磚墻，并試圖弄清楚內部發生了什么，”孫說。“我們希望在建筑物中部署機器人并探測所有房間和結構。”

該團隊已經創建了可以操縱電子顯微鏡內部亞細胞結構的機器人系統，但這需要對細胞進行冷凍干燥并將其切割成小片。為了探測活細胞，其他團隊已經使用了諸如激光或聲學等技術。

“光學鑷子 - 使用激光探測細胞 - 是一種流行的方法，”博士王賢說。進行研究的候選人。該技術榮獲2018年諾貝爾物理學獎，但王說，它所能產生的力量不足以進行他想做的機械操縱和測量。

“你可以嘗試增加力量以產生更大的力量，但是你有可能損壞你試圖測量的亞細胞成分，”王說。

Wang設計的系統使用六個磁性線圈放置在顯微鏡蓋玻片周圍的不同平面上，蓋玻片上種有活癌細胞。將直徑約700納米的磁鐵珠 - 比人類頭發的厚度小約100倍 - 置于蓋玻片上，癌細胞容易將其吸收到其膜內。

一旦珠子在里面，王使用共聚焦顯微鏡成像的實時反饋控制其位置。他使用計算機控制的算法來改變通過每個線圈的電流，使三維磁場成形并將磁珠引入電池內的任何所需位置。

“我們可以將位置控制在布朗運動極限以下幾百納米的范圍內，”王說。“我們可以施加比激光更高的力量。”

該團隊與西奈山醫院的Helen McNeil博士和Yonit Tsatskis以及病童醫院(SickKids)的Sevan Hopyan博士合作，利用他們的機器人系統研究早期和晚期膀胱癌細胞。

以前關于細胞核的研究需要從細胞中提取它們。Wang和Sun測量完整細胞中的細胞核，而不需要破壞細胞膜或細胞骨架。他們能夠證明細胞核在各個方向都不是同樣僵硬。

“這有點像一個機械形狀的足球，它沿著一個軸比另一個更硬，”孫說。“如果沒有這種新技術，我們就不會知道。”

他們還能夠精確測量細胞核在重復刺激時獲得的硬度，并確定哪種細胞蛋白質可能在控制這種反應中發揮作用。這些知識可以為診斷癌癥的新方法指明方向。

“我們知道，在后期細胞中，僵硬反應不那么強烈，”王說。“在早期癌細胞和后期細胞在形態上看起來不同的情況下，這提供了另一種方式來區分它們。”

據Sun稱，這項研究可能會更進一步。

“你可以想象引入這些納米機器人的全部成群，并利用它們通過阻塞血管進入腫瘤而使腫瘤餓死，或通過機械消融直接破壞腫瘤，”Sun說。“這將為治療對化療，放療和免疫療法有抗藥性的癌癥提供一種方法。”

這些應用程序距離臨床部署還有很長的路要走，但Sun和他的團隊對這一研究方向感到興奮。他們已經和SickKids的黃曦博士進行了早期動物實驗。

“這還不是很神奇的航程，”他說，指的是1966年的科幻電影。“但我們在位置和力量控制方面取得了前所未有的準確性。這是我們需要達到目標的重要部分，敬請關注!”