Forskere skaber tidlig sygdomsdetektion og lægemiddelleveringsanordning til enkelte levende celler

(PhysOrg.com) -- Faktiske nano-nåle, der er i stand til at udspørge små celler uden at forårsage cellulær skade, er ikke blevet virkelighed før nu.

Kunstnergengivelser af en nano-nål, der prikker en enkelt celle, er blevet symbolet på nanoteknologi, dukket op på forsider af magasiner og bøger i omkring et årti, men faktiske nano-nåle, der er i stand til at afhøre små celler uden at forårsage cellulær skade, er ikke blevet virkelighed før for nylig. Et Drexel University team af ingeniører, videnskabsmænd og biologer har udviklet en kulstof-nanorør-baseret enhed til at sondere enkelte levende celler uden at beskadige dem. Denne teknik vil give eksperter mulighed for at identificere sygdomme i deres tidlige stadie og fremme opdagelsen af ​​lægemidler.

Forskningen ledet af Dr. Yury Gogotsi, professor i materialevidenskab og teknik og direktør for A.J. Drexel Nanotechnology Institute, og Dr. Gary Friedman, professor i elektroteknik, bruger den nanorør-baserede enhed, kendt som et cellulært endoskop, at vurdere celler omkring tusind gange mindre end et menneskehår. Det cellulære endoskop undersøger det intracellulære miljø af levende celler, leverer fluorescerende kvanteprikker og analyserer molekyler inde i en celle uden at cellen genkender nålens tilstedeværelse.

"Drexels W. M. Keck Institute for Attofludic Probes fremstiller nu de mindste endoskoper, der nogensinde er skabt, " sagde Gogotsi. "Endoskoper giver en potentielt transformativ teknologi til at studere det grundlæggende i enkelte levende celler og mere bredt, for cellebiologi."

Cellebiologer ødelægger normalt et stort antal celler for at udvinde cellulære komponenter og biologiske molekyler, der er nødvendige for at identificere sygdomme og analysere virkningerne af nye lægemidler, eller for at opnå en bedre forståelse af, hvordan cellen fungerer. Glaspipetter bruges i vid udstrækning til at sprøjte materiale ind i celler. Pipetterne forårsager for meget skade til at forblive i cellen i lang tid og er ikke designet til at rapportere information i form af optiske eller elektriske signaler inde fra cellen.

"Vi havde en idé til en minimalt invasiv cellulær sonde, hvis spids kunne forblive inde i cellen i lang tid, mens den rapporterede vigtig information i form af optiske og elektriske signaler og overfører små mængder materiale til og fra cellen. Denne sonde ligner et endoskop, der anvendes af læger til at udføre minimalt invasive operationer i menneskelige patienter, kun meget mindre,” sagde Friedman.

"Et cellulært endoskop rapporteret her er en roman, men konceptuelt simpel enhed, ” sagde Riju Singhal, en doktorgradskandidat og forfatter til artiklen "Multifunctional carbon-nanotube cellular endoscopes" offentliggjort i Natur nanoteknologi tidsskrift.

"Det består af et enkelt kulstof-nanorør forbundet til spidserne af større glasmikropipetter, der almindeligvis anvendes i biologiske undersøgelser, gør det muligt for dem at blive meget brugt i den nærmeste fremtid, " sagde Singhal.

Dr. Michael Schrlau, forskningsassistent professor i Drexel's Material Science and Engineering, der leder forskningslaboratoriet på W. M. Keck Institute, sagde, "Vi bygger nu på de mange demonstrerede funktioner af cellulære endoskoper for at hjælpe med at besvare undvigende cellebiologiske spørgsmål. En anvendelse af cellulære endoskoper, der aktivt forfølges, er intracellulær overfladeforstærket Raman-spektroskopi med guldbelagte endoskoper."