Светоиндуцированное ускорение внутриклеточной доставки

Клеточные мембраны служат барьерами, поддерживающими клеточный гомеостаз. Внутриклеточная доставка биологически функциональных молекул (пептидов, белков, нуклеиновых кислот) для манипуляции клеточными функциями с помощью обычных процессов требует высоких концентраций этих молекул из-за их низкой проницаемости.

Это приводит к низкой активности препаратов, поскольку вероятность попадания молекул в целевые клетки и их органеллы мала. Кроме того, многие препараты повреждают и здоровые клетки из-за плохой селективности, что требует разработки технологий для её повышения.

Исследовательская группа под руководством профессоров Икухико Накасе и Такуи Иида из Исследовательского института систем светоиндуцированного ускорения (RILACS) Университета Осаки использовала светоиндуцированную конвекцию с помощью суперизлучения для усиления проницаемости клеточной мембраны путём локальной концентрации биофункциональных молекул, включая клеточно-проникающие пептиды (CPPs). Система обеспечила эффективную доставку даже при концентрациях всего 1 пмоль/л.

Для индукции фототермической сборки вокруг живых клеток в культуральной среде инфракрасный лазер (с использованием объектива 10x) фокусировали в течение 100 секунд на дно стеклянной чашки, плотно покрытой наночастицами золота. Длина волны лазера почти не поглощается живыми организмами и не вызывает повреждений, но генерирует тепло и фототермический поток. Молекулы концентрировались возле пузырька, созданного лазерным нагревом, который находился примерно в 100 мкм от целевых клеток на подложке.

С помощью этой системы группа обнаружила, что вокруг точки облучения митохондриальные структуры возле фотоиндуцированных пузырьков эффективно окрашивались даже при концентрации, составлявшей 0.1% от используемой в обычных методах. Более того, светоиндуцированное ускорение позволило индуцировать апоптоз с помощью CPPs при концентрации 1% от обычной, что привело к крайне эффективному и селективному клеточному поглощению и разрушению целевых раковых клеток.

«Разработка технологий для селективного введения биофункциональных молекул в целевые клетки важна как для фундаментальных исследований, так и для клинической практики. Мы ожидаем, что эти результаты значительно снизят концентрацию препаратов, необходимую для проведения клеточных тестов. Поскольку производство новых лекарств часто дорого, это снизит затраты и ускорит разработку препаратов. Мы применим эти результаты в медицинских технологиях для диагностики и лечения рака», — заключили профессора Накасе и Иида.

Результаты опубликованы в журнале Nano Letters.