Forskere leverer store partikler ind i celler med høj hastighed

En ny enhed udviklet af UCLA ingeniører og læger kan i sidste ende hjælpe forskere med at studere udviklingen af ​​sygdom, sætte dem i stand til at fange forbedrede billeder af cellernes inderside og føre til andre forbedringer inden for medicinsk og biologisk forskning.

Forskerne skabte et yderst effektivt automatiseret værktøj, der leverer nanopartikler, enzymer, antistoffer, bakterier og anden "stor" last til pattedyrsceller med en hastighed på 100, 000 celler i minuttet - betydeligt hurtigere end den nuværende teknologi, som virker med cirka en celle i minuttet.

Forskningen, udgivet online i Naturmetoder den 6. april, blev ledet af Eric Pei-Yu Chiou, lektor i mekanik og rumfartsteknik og bioingeniør ved Henry Samueli School of Engineering and Applied Science. Samarbejdspartnere omfattede studerende, personale og fakultetsmedlemmer fra ingeniørskolen og David Geffen School of Medicine ved UCLA.

I øjeblikket, den eneste måde at levere såkaldt storlast på, partikler på op til 1 mikrometer i størrelse, ind i cellerne ved hjælp af mikropipetter, sprøjtelignende værktøjer, der er almindelige i laboratorier, hvilket er meget langsommere end den nye metode. Andre fremgangsmåder til injicering af materialer i celler - såsom brug af vira som leveringsveje eller kemiske metoder - er kun nyttige til små molekyler, som typisk er flere nanometer lange. (Et nanometer er en tusindedel af et mikrometer.)

Den nye enhed, kaldet et biofotonisk laserassisteret operationsværktøj, eller BLAST, er en siliciumchip med en række mikrometer brede huller, hver omgivet af en asymmetrisk, halvcirkelformet belægning af titanium. Under hullerne er der en brønd med væske, der indeholder partiklerne, der skal afleveres.

Forskere bruger en laserpuls til at opvarme titaniumbelægningen, som øjeblikkeligt koger vandlaget ved siden af ​​dele af cellen. Det skaber en boble, der eksploderer nær cellemembranen, resulterer i en stor revne - en reaktion, der kun tager omkring en milliondel af et sekund. Spalten tillader, at den partikelfyldte væske under cellerne sidder fast i dem, før membranen lukker igen. En laser kan scanne hele siliciumchippen på cirka 10 sekunder.

Chiou sagde, at nøglen til teknikkens succes er det øjeblikkelige og præcise snit af cellemembranen.

"Jo hurtigere du klipper, jo færre forstyrrelser du har på cellemembranen, "sagde Chiou, som også er medlem af California NanoSystems Institute.

Indsættelse af stor last i celler kan føre til videnskabelig forskning, der tidligere ikke var mulig. For eksempel, evnen til at levere mitokondrier, kunne ændre cellers metabolisme og hjælpe forskere med at studere sygdomme forårsaget af mutant mitokondrielt DNA.

Det kan også hjælpe forskere med at dissekere funktionen af ​​gener, der er involveret i livscyklussen for patogener, der invaderer cellen og forstår cellens forsvarsmekanismer mod dem.

"Nu er det ligegyldigt størrelsen eller typen af ​​materiale, du vil levere. Du kan bare skubbe det hele ind i cellen, "Sagde Chiou.

"Den nye information, der er indhentet fra disse typer undersøgelser, kan hjælpe med at identificere patogenmål for lægemiddeludvikling, eller give grundlæggende indsigt i, hvordan patogen -vært -interaktionen muliggør en produktiv infektion eller effektiv cellulær reaktion, "sagde Dr. Michael Teitell, chef for afdelingen for pædiatrisk og udviklingsmæssig patologi, og medforfatter af papiret.

Fordi enheden kan levere last til 100, 000 celler på én gang, en enkelt chip kan levere nok data til en statistisk analyse af, hvordan cellerne reagerer i et eksperiment.