Управление клеточными мембранами с помощью нанотрубок
Японские исследователи разработали целенаправленный метод открытия клеточных мембран для доставки лекарств или манипуляции генами отдельных клеток.
Метод, описанный в журнале Science and Technology of Advanced Materials, включает облучение тонкой плёнки из углеродных нанотрубок лазером ближнего инфракрасного (NIR) диапазона. Нанотрубки действуют как эффективный поглотитель фотонов и генератор стимула для соседних клеток.
В клеточной инженерии и исследованиях тканевой биологии учёные часто используют импульсные лазеры для стимуляции клеток, что позволяет проводить трансфекцию генов (введение генетического материала), регуляцию генов или инъекцию лекарств. Облучение биологических клеток импульсными лазерами вызывает перфорацию их мембран, что значительно ускоряет трансфекцию генов или целевую доставку лекарств.
Среди широкого спектра энергий фотонов ближний инфракрасный диапазон менее вреден для биологических клеток, которые поглощают очень мало энергии на этих длинах волн. Наиболее успешными NIR-лазерами являются фемтосекундные лазеры из-за их высокого пространственного разрешения без теплового или механического повреждения окружающих материалов. Однако фемтосекундные лазерные установки дороги, громоздки и требуют сложной оптической схемы, поэтому исследовательская группа выбрала более экономичный наносекундный лазер.
В исследовании Наотоси Накашима и коллеги из Университета Кюсю подготовили чашку, покрытую однослойными углеродными нанотрубками, которые сильно поглощают излучение в NIR-области, в качестве антенны для наносекундного импульсного лазера. Чашка также была засеяна живыми клетками.
В зависимости от энергии лазера исследователи обнаружили, что клеточные мембраны нарушались обратимо или необратимо. Когда импульс лазера превышал 17.5 микро-джоулей (мкДж), мембраны разрушались и клетки погибали. Однако при более низких энергиях около 15 мкДж на импульс мембраны открывались, и клетки оставались живыми. Это позволяет предположить, что недорогой лазерный источник может быть использован для подготовки мишени из одной клетки для селективной трансфекции генов, инъекции лекарств или регуляции экспрессии генов, заключают авторы.