Лазерные золотые пирамиды могут доставлять лекарства и ДНК в клетки без вреда

Доставка грузов, таких как лекарства или ДНК, внутрь клеток критически важна для биомедицинских исследований и терапии, но клеточные мембраны эффективно защищают свою территорию. Существующие методы обхода или принудительного открытия мембраны ограничены в типах доставляемого груза и не отличаются высокой эффективностью.

Исследователи из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук (SEAS) разработали новый метод с использованием золотых микроструктур для доставки разнообразных молекул в клетки с высокой эффективностью и без долговременных повреждений. Исследование опубликовано в ACS Nano.

«Эффективная доставка крупных и разнообразных грузов непосредственно в клетки изменит биомедицинские исследования», — сказала Набиха Саклаен, ведущий автор статьи. Однако ни одна существующая система не может выполнять все задачи одновременно: быть высокоэффективной, масштабируемой, экономичной, способной переносить разнообразный груз и доставлять его к конкретным клеткам на поверхности без повреждений.

В предыдущей работе команда показала, что золотые пирамидальные микроструктуры эффективно фокусируют лазерную энергию в электромагнитные «горячие точки». В новом исследовании они использовали метод изготовления «template stripping» для создания поверхностей размером с монету, содержащих 10 миллионов таких крошечных пирамид.

Клетки рака шейки матки HeLa культивировали непосредственно на вершинах пирамид в растворе, содержащем молекулярный груз. Используя наносекундные лазерные импульсы, пирамиды нагревали до тех пор, пока «горячие точки» на их кончиках не достигали температуры около 300 °C. Это высоколокализованное нагревание (не затрагивающее сами клетки) вызывало образование пузырьков прямо на кончике каждой пирамиды. Эти пузырьки мягко встраивались в клеточную мембрану, создавая кратковременные поры, через которые окружающие молекулы диффундировали в клетку.

«Мы обнаружили, что если создавать эти поры очень быстро, клетки самовосстанавливаются и остаются живыми, здоровыми и делящимися в течение многих дней», — отметила Саклаен.

Каждая клетка HeLa располагалась примерно на 50 пирамидах, что позволяло создать до 50 пор в клетке. Размер пузырьков и сторону проникновения в клетку можно было контролировать с помощью параметров лазера. Доставленные молекулы были сопоставимы по размеру с клинически значимыми грузами, включая белки и антитела.

В дальнейшем команда планирует испытать метод на других типах клеток: клетках крови, стволовых клетках и T-клетках. Клинически метод может быть использован в экс виво терапии, когда нездоровые клетки извлекают из организма, «загружают» лекарством или ДНК и возвращают обратно.

Офис по развитию технологий Гарварда подал заявки на патенты и рассматривает возможности коммерциализации.