Titaniumoxid-nanorør letter lavpris laserassisteret fotoporering

Et forskerhold ved Department of Mechanical Engineering ved Toyohashi University of Technology udviklede en laserassisteret fotoporationsmetode med nanosekundspuls ved hjælp af titaniumoxid-nanorør (TNT) til højeffektiv og billig intracellulær levering. Resultaterne af deres forskning vil blive offentliggjort i Anvendt overfladevidenskab den 30. marts 2021, 148815.

Potentialet til at levere eksterne molekyler ind i levende celler med høj cellelevedygtighed og transfektionsevne er af stor interesse i cellebiologi til diagnostik, medicin levering, og terapeutisk udvikling hen imod celleterapi og regenerativ medicin. Gennem mange år, lægemiddelleveringssystemer er avanceret for at opnå mere kontrol over lægemiddeldosering, målrettet levering, og reducerede bivirkninger. Disse teknikker kan klassificeres som virale, fysisk, eller kemiske metoder.

Blandt disse metoder, fotoporation dukker op og er blevet populær til intracellulær levering i de sidste par år, på grund af mindre invasivitet. I denne metode, guld nanopartikler, som absorberer pulserende lys, dispergeres i en opløsning for at perforere cellerne, imidlertid, materialerne er dyre. Det er ønskeligt at bruge nanomaterialer, der er billigere, samtidig med at høj leveringseffektivitet og cellelevedygtighed opretholdes.

Forskergruppen designede og fremstillede et omkostningseffektivt nanorør-array til fotoporationsbaseret intracellulær levering. TNT'er blev dannet på titaniumplader ved forskellige spændinger og tidspunkter ved hjælp af den elektrokemiske anodiseringsteknik. Røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) afslørede tilstedeværelsen af ​​forskellige titaniumoxidarter såsom TiO ₂ og TixOy (TiO/Ti ₂ O ₃ /Ti ₃ O ₅ ). TNT'er dannet af forskellige anodiseringsspændinger og -tider havde forskellige koncentrationer af sådanne oxidationsarter sammen med en mindre mængde Ti-metal (Ti0). På grund af dannelsen af ​​iltdefekter, nanorør har kvasi-metalliske og metalliske egenskaber. Disse egenskaber af nanorørene kan lette den intracellulære levering ved forskellige mekanismer efter bestråling med en nanosekund-pulslaser.

HeLa-humane livmoderhalskræftceller blev dyrket på TNT'er, og en biomolekylær opløsning blev introduceret. Efter eksponering for en 532-nm pulslaser på nanorør, vi leverede med succes propidiumiodid (PI) og dextran til HeLa-humane livmoderhalskræftceller med høj effektivitet og cellelevedygtighed.

Mulige principper for cellemembranperforering omfatter termisk-medierede nanobobler, fotokemisk inducerede reaktive oxygenarter (ROS), varmeoverførsel fra nanorør til cellemembranen, og lokaliseret overfladeplasmonresonans høj elektromagnetisk feltforstærkning på hvert nanorør. Dette fører til dannelsen af ​​kavitationelle nanobobler i hver cellemembran-nanorør-grænseflade, der hurtigt kan vokse, flyder sammen, og kollapser for at forårsage eksplosioner, resulterer i cellemembranperforering, som gør det muligt at levere biomolekyler udefra til inde i cellerne. "Den præcise mekanisme for den intracellulære levering på TNT-baseret fotoporation er stadig uklar. Intracellulær levering kan ske ved kombinationen af ​​mekanismerne, " siger L. Mohan, en forsker, på Toyohashi University of Technology.

Moeto Nagai, teamlederen, på Toyohashi University of Technology, mener, at titaniumoxid nanorør kunne være en alsidig og billig platform til intracellulær levering ved hjælp af pulserende laser. Denne enheds fremtrædende funktioner har parallel og kontrolleret ensartet levering med høj effektivitet og cellelevedygtighed, og den er potentielt anvendelig til cellulær terapi og regenerativ medicin.