Nanoblast saka nanopartikel sing diaktifake laser mindhah molekul, protein lan DNA menyang sel
Nanoblast saka nanopartikel sing diaktifake laser mindhah molekul, protein lan DNA menyang sel
Anonim

Nggunakake "nanoblasts" kimia sing nggawe bolongan cilik ing membran protèktif sel, peneliti wis nduduhake teknik anyar kanggo njupuk molekul cilik terapeutik, protein lan DNA langsung menyang sel urip.

Nanopartikel karbon sing diaktifake kanthi bledosan sinar laser nyebabake jeblugan cilik, sing mbukak bolongan ing membran sel mung cukup suwe kanggo ngakoni agen terapeutik sing ana ing cairan sekitar. Kanthi nyetel cahya laser, peneliti ngatur senyawa penanda molekul cilik nganti 90 persen sel sing ditargetake - nalika tetep luwih saka 90 persen sel urip.

Riset kasebut disponsori dening Institut Kesehatan Nasional lan Institut Ilmu lan Teknologi Kertas ing Georgia Tech. Bakal dilaporake ing jurnal Nature Nanotechnology edisi Agustus.

"Teknik iki bisa ngidini kita ngirim macem-macem terapi sing saiki ora gampang mlebu sel," ujare Mark Prausnitz, profesor ing Sekolah Teknik Kimia lan Biomolekul ing Institut Teknologi Georgia. "Salah sawijining panggunaan sing paling penting kanggo teknologi iki yaiku kanggo terapi adhedhasar gen, sing menehi janji gedhe ing babagan kedokteran, nanging kemajuane diwatesi amarga angel entuk DNA lan RNA menyang sel."

Karya kasebut dipercaya dadi sing pertama nggunakake aktivasi nanopartikel karbon reaktif kanthi laser kanggo aplikasi medis. Riset tambahan lan uji klinis bakal dibutuhake sadurunge teknik kasebut bisa digunakake ing manungsa.

Peneliti wis pirang-pirang dekade nyoba nyopir DNA lan RNA kanthi luwih efisien menyang sel kanthi macem-macem cara, kalebu nggunakake virus kanggo nggawa bahan genetik menyang sel, nutupi DNA lan RNA nganggo agen kimia utawa nggunakake medan listrik lan ultrasonik kanggo mbukak membran sel. Nanging, cara sadurunge iki umume nandhang masalah efisiensi utawa safety sing kurang.

Kanthi teknik anyar kasebut, sing diilhami dening karya sadurunge babagan "efek fotoakustik", Prausnitz lan kolaborator Prerona Chakravarty, Wei Qian lan Mostafa El-Sayed ngarep-arep supaya bisa luwih lokalisasi aplikasi energi menyang membran sel, nggawe luwih aman lan pendekatan sing luwih efisien kanggo pangiriman obat intraselular.

Teknik kasebut diwiwiti kanthi ngenalake partikel karbon ireng kanthi diameter 25 nanometer - sepersejuta inci - menyang cairan sing ngubengi sel sing bakal dilebokake agen terapeutik. Semburan cahya infra merah cedhak saka laser femotosecond banjur ditrapake ing cairan kanthi kecepatan 90 yuta pulsa per detik. Nanopartikel karbon nyerep cahya, sing ndadekake panas. Partikel-partikel panas banjur ngetokake cairan ing sakubenge kanggo nggawe uap. Uap bereaksi karo nanopartikel karbon kanggo mbentuk hidrogen lan karbon monoksida.

Gas loro kasebut mbentuk gelembung sing tuwuh nalika laser nyedhiyakake energi. Gelembung tiba-tiba ambruk nalika laser dipateni, nggawe gelombang kejut sing nggawe bolongan ing membran sel sing cedhak. Bukaan kasebut ngidini agen terapeutik saka cairan ing saubengé mlebu ing sel. Bolongan cepet nutup supaya sel bisa urip.

Para peneliti wis nuduhake manawa bisa entuk molekul cilik calcein, protein albumin serum sapi lan DNA plasmid liwat membran sel sel kanker prostat manungsa lan sel gliosarcoma tikus nggunakake teknik iki. Penyerapan calcein katon ing 90 persen sel ing tingkat laser sing ninggalake luwih saka 90 persen sel urip.

"Kita bisa njaluk meh kabeh sel kanggo njupuk molekul iki sing biasane ora bakal lumebu ing sel, lan meh kabeh sel tetep urip," ngandika Prerona Chakravarty, penulis utama sinau. "Sistem nanopartikel karbon sing diaktifake laser kita mbisakake implosions gelembung sing bisa dikontrol sing bisa ngganggu membran sel mung cukup kanggo njaluk molekul kasebut tanpa nyebabake karusakan sing langgeng."

Kanggo netepake suwene bolongan ing membran sel tetep mbukak, peneliti ninggalake terapi simulasi metu saka cairan nalika sel kasebut kena sinar laser, banjur ditambahake agen kasebut sedetik sawise mateni laser. Padha weruh meh ora serapan saka molekul, suggest sing membran sel resealed piyambak cepet.

Kanggo ngonfirmasi manawa reaksi uap karbon minangka faktor kritis sing nyebabake nanoblast, peneliti ngganti nanopartikel emas kanggo nanopartikel karbon sadurunge kena sinar laser. Amarga ora duwe karbon sing dibutuhake kanggo reaksi, nanopartikel emas ngasilake molekul sing sithik, ujare Prausnitz.

Kajaba iku, para peneliti ngganti nanotube karbon kanggo nanopartikel karbon, lan uga ngukur serapan sethithik, sing diterangake kanthi nyathet yen nanotube kurang reaktif tinimbang partikel karbon ireng.

Eksperimen luwih nuduhake yen DNA sing dilebokake ing sel liwat teknik sing diaktifake laser tetep fungsional lan bisa nyopir ekspresi protein. Nalika DNA plasmid sing dikode kanggo ekspresi luciferase ditepungake menyang sel kanker, produksi luciferase mundhak 17 kali lipat.

Kanggo mangsa ngarep, peneliti ngrancang kanggo nyinaoni panggunaan laser nanosecond sing luwih murah kanggo ngganti instrumen femtosecond ultrafast sing digunakake ing riset kasebut. Dheweke uga ngrancang ngoptimalake nanopartikel karbon supaya meh kabeh dikonsumsi sajrone cahya laser. Nanopartikel karbon sing isih ana ing awak kudu ora ngasilake efek sing mbebayani, sanajan awak ora bisa ngilangi, ujare Prausnitz.

"Iki minangka panaliten pisanan sing nuduhake bukti prinsip kanggo aktivasi laser nanopartikel karbon reaktif kanggo pangiriman obat lan gen," ujare. "Ana dalan sing akeh sadurunge bisa digawa menyang obat, nanging kita optimis yen pendekatan iki pungkasane bisa menehi alternatif anyar kanggo ngirim agen terapeutik menyang sel kanthi aman lan efisien."

Popular dening topik