Наночастицы могут упростить клеточную терапию

Исследователи-физики из UT Arlington разработали метод использования лазерной технологии для доставки лекарств и генной терапии на клеточном уровне без повреждения окружающих тканей. Этот метод в перспективе может помочь пациентам с генетическими заболеваниями, раком и неврологическими болезнями.

В исследовании, опубликованном в журнале Scientific Reports (Nature), команда применила комбинацию кристаллических магнитных углеродных наночастиц и непрерывного инфракрасного лазерного излучения для так называемой фототермальной доставки. Авторы работы: профессор физики Али Коймен, доцент физики Самарендра Моханти и исследователь из лаборатории Моханти Лин Гу.

Открытие выросло из предыдущей работы, где Коймен и Моханти использовали лазер мощностью 50–100 милливатт и те же углеродные наночастицы, поглощающие излучение, чтобы нагреть и уничтожить раковые клетки in vitro. В новых экспериментах на клетках человеческой карциномы предстательной железы и фибросаркомы команда использовала фототермальный метод для введения непроницаемых красителей и малых молекул ДНК.

В этой работе Моханти использовал лазер меньшей мощности (20–30 милливатт) и наночастицы, чтобы пермеабилизировать клеточную мембрану, не убивая клетки. Метод растягивает мембрану для доставки и создает поток жидкости, ускоряющий движение доставляемого вещества. Наночастицы были синтезированы в лаборатории Коймена с помощью электрического плазменного разряда в растворе толуола.

Прямое введение чужеродной ДНК или других малых молекул в клетки критически важно для передовых методов генной терапии, вакцинации, визуализации рака и других методов лечения. В настоящее время преобладает практика использования вирусов для доставки, но их возможности ограничены, а взаимодействие с вирусами может вызывать воспалительные реакции и осложнения.

Попытки создать невирусный путь в клетку с использованием только УФ-видимого лазерного излучения приводили к повреждению окружающих клеток и имели неглубокую эффективность.

Ключевое преимущество нового метода в том, что поглощение инфракрасного света наночастицей позволяет селективно усиливать взаимодействие низкомощного лазера с целевой тканью, избегая повреждения нетаргетированных клеток на пути луча. Магнитные свойства наночастиц также позволяют локализовать их с помощью внешнего магнитного поля, эффективно используя меньшую концентрацию.

Углеродные наночастицы, использованные в исследовании, имели размер от 5 до 20 нанометров (для сравнения: толщина человеческого волоса ~100 000 нм). Магнитные углеродные наночастицы также являются флуоресцентными, что позволяет использовать их для усиления контраста как оптической визуализации опухолей, так и МРТ.