Et skud til hjertet:Nanoneedle leverer kvanteprikker til cellekernen

At få et indvendigt kig i midten af ​​en celle kan være lige så let som en nåleprik, tak til forskere fra University of Illinois, der har udviklet en lille nål til at levere et skud lige til en celles kerne.

Forståelse af processerne inde i en celles kerne, som huser DNA og er stedet for transskribering af gener, kunne føre til større forståelse af genetik og de faktorer, der regulerer udtryk. Forskere har brugt proteiner eller farvestoffer til at spore aktivitet i kernen, men de kan være store og have en tendens til at være følsomme over for lys, gør dem svære at bruge med enkle mikroskopiteknikker.

Forskere har undersøgt en klasse af nanopartikler kaldet kvantepunkter, bittesmå pletter af halvledermateriale kun et par store molekyler, der kan bruges til at overvåge mikroskopiske processer og cellulære tilstande. Quantum dots tilbyder fordelene ved lille størrelse, lys fluorescens for let sporing, og fremragende stabilitet i lyset.

"Mange mennesker er afhængige af kvantepunkter for at overvåge biologiske processer og få information om det cellulære miljø. Men at få kvanteprikker ind i en celle til avancerede applikationer er et problem, "sagde professor Min-Feng Yu, professor i mekanisk videnskab og teknik.

At få enhver form for molekyle ind i kernen er endnu vanskeligere, fordi den er omgivet af en ekstra membran, der forhindrer de fleste molekyler i cellen i at komme ind.

Yu arbejdede sammen med en anden mekanisk videnskab og ingeniørprofessor Ning Wang og postdoktor Kyungsuk Yum for at udvikle en nanonål, der også fungerede som en elektrode, der kunne levere kvanteprikker direkte ind i cellens kerne - specifikt til et bestemt sted i kernen. Forskerne kan derefter lære meget om de fysiske forhold inde i kernen ved at overvåge kvantepunkterne med et standard fluorescerende mikroskop.

"Denne teknik giver os mulighed for fysisk at få adgang til det indre miljø inde i en celle, "Sagde Yu." Det er næsten som et kirurgisk værktøj, der giver os mulighed for at 'operere' inde i cellen. "

Gruppen dækkede et enkelt nanorør, kun 50 nanometer bred, med et meget tyndt lag guld, at oprette en nanoskala elektrode sonde. De fyldte derefter nålen med kvanteprikker. En lille elektrisk ladning frigiver kvanteprikkerne fra nålen. Dette giver et kontrolniveau, der ikke kan opnås ved andre molekylære leveringsmetoder, som involverer gradvis diffusion i hele cellen og ind i kernen.

"Nu kan vi bruge elektrisk potentiale til at kontrollere frigivelsen af ​​molekylerne fastgjort på sonden, "Sagde Yu." Vi kan indsætte nanonålen et bestemt sted og vente på et bestemt punkt i en biologisk proces, og slip derefter kvanteprikkerne. Tidligere teknikker kan ikke gøre det. "

Fordi nålen er så lille, det kan gennembore en celle med minimal afbrydelse, mens andre injektionsteknikker kan være meget skadelige for en celle. Forskere kan også bruge denne teknik til nøjagtigt at levere kvanteprikkerne til et meget specifikt mål for at studere aktivitet i visse områder af kernen, eller potentielt andre cellulære organeller.

"Placering er meget vigtig i mobilfunktioner, "Sagde Wang." Ved hjælp af nanoneedle -tilgangen kan du komme til et meget specifikt sted i kernen. Det er en vigtig fordel ved denne metode. "

Den nye teknik åbner nye veje til studier. Teamet håber at fortsætte med at forfine nanoneedle, både som en elektrode og som et molekylært afgivelsessystem.

De håber at kunne udforske at bruge nålen til også at levere andre typer molekyler - DNA -fragmenter, proteiner, enzymes and others - that could be used to study a myriad of cellular processes.

"It's an all-in-one tool, " Wang said. "There are three main types of processes in the cell:chemical, electrical, and mechanical. This has all three:It's a mechanical probe, an electrode, and a chemical delivery system."

The team's findings will appear in the Oct. 4 edition of the journal Small.