一种电磁设备可以通过将细胞悬浮到不同高度来轻柔地分选细胞。
这看起来像魔术：液体介质底部的细胞开始悬浮，然后悬停在特定高度。无需物理接触，一种无形的力量指挥特定细胞像微型潜艇一样同步上浮或下潜。
但这里没有障眼法。这一切都发生在一个新型细胞分选设备中，该设备利用电磁悬浮精确控制细胞运动。该设备由斯坦福医学院（美国加利福尼亚州）研究人员及合作者开发，可用于分离不同类型的细胞——例如，将癌细胞与健康细胞分离，或将活细胞与死细胞分离——在实验室和临床中有许多潜在应用。
“在临床环境中，你可能只有少量活检样本，需要观察特定细胞并保持其活性以进行进一步的基因组检测——这将是该技术的完美应用，”放射学助理教授、该研究高级作者纳西德·戈兹德·杜尔穆斯评论道。
与其它细胞分选技术不同，这种名为Electro-LEV的新设备不需要将荧光标记或抗体附着在细胞上，也不需要将细胞暴露于苛刻的化学物质或离心力中。相反，细胞根据其密度和磁化率进行分离，使研究人员能够轻柔地分选细胞。
一对磁铁
Electro-LEV建立在杜尔穆斯十多年前开发的简单磁悬浮系统基础上。2015年，她发表了一篇论文，展示该系统几乎可以悬浮任何类型的细胞。“细胞可以悬浮，因为地球上的一切都具有固有的磁性，”杜尔穆斯解释道。
磁悬浮系统由一对磁铁组成，每块大小约如口香糖，强度略高于普通冰箱磁铁，上下放置，北极对北极，南极对南极。一根直径1毫米的细玻璃毛细管夹在两块磁铁之间。含有顺磁性溶液的细胞流经毛细管。
“我们使用的磁力非常小，约0.4特斯拉，”杜尔穆斯分享道。“但我们系统的妙处在于，我们将磁铁放置得非常接近，从而产生很大的磁场梯度。这就是诀窍。”磁场梯度是指磁场强度随距离的变化，当两块磁铁更接近时，梯度增大。梯度越大，对磁场中物体施加的力就越大。
相比之下，MRI机器中的强磁铁约为7特斯拉，相距约1米。“MRI机器中的磁场梯度实际上比我们在微型设备中产生的要小，我们的设备中磁铁相距仅1毫米，”杜尔穆斯评论道。
在毛细管内，磁场梯度使细胞悬浮到一个平衡点。确切高度主要取决于细胞的密度，而密度因细胞类型和状态而异。
尽管2015年论文中描述的磁悬浮系统允许研究人员视觉区分不同类型的细胞，但差异往往太小，无法实际分选细胞。该设置也是静态的，意味着在实验过程中无法调整条件。
改变电流
新设备在两块磁铁上都添加了电磁线圈。通过调节流经线圈的电流，研究人员可以即时改变施加在细胞上的磁力。“凭借我们当前的设计，你可以非常精确地操控细胞以进一步分离它们，”杜尔穆斯分享道。
悬浮在不同高度的细胞在流出毛细管时被分选，毛细管分为上出口和下出口。“如果分选不顺利，只需改变电流，”杜尔穆斯评论道。“一切都在你的实时控制之下，因此更加用户友好。”
生与死
在新研究中，研究人员证明Electro-LEV可以微调各种细胞类型的悬浮，包括乳腺癌细胞、肺癌细胞、成纤维细胞和白细胞。
随后，他们测试了该系统解决生物样本制备中一个常见问题的能力——分离活细胞与死细胞。例如，为了准确的单细胞RNA测序和药物毒性筛选，需要剔除死细胞。在干细胞移植中，死细胞会引发危险的炎症反应。
幸运的是，死细胞飞得不如活细胞高。“一旦细胞死亡，通常其细胞膜受损且更具渗透性，因此吸收更多顺磁性溶液而变得更致密，”杜尔穆斯解释道。
当研究人员从50%活细胞的样本开始时，发现Electro-LEV能够充分分选活细胞和死细胞，获得约93%活细胞的样本。即使起始样本中仅有10%活细胞，Electro-LEV也能获得约70%活细胞的样本。
该系统甚至可能具有分选密度相似细胞的潜力。研究人员发现，与单个癌细胞相比，癌细胞簇对磁场变化的反应更快。这是因为单个细胞相对于体积具有更大的表面积，受到更大的阻力。这一现象表明，悬浮速度可能成为监测癌细胞簇的一种方式，而癌细胞簇往往更具侵袭性，更易导致转移。
她设想电磁悬浮具有广泛的应用前景，从分选癌细胞到微生物，组装细胞形成类器官，甚至操控微型机器人。“这是一个广泛而多功能的平台，”杜尔穆斯总结道。“我认为将会有我们甚至尚未想到的应用。”
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