Миниатюрные наноструктуры безопасно и эффективно доставляют точные дозы молекул в клетки человека

Ученые могут развить совершенную молекулу, чтобы настроить ген, лечить рак или направить развитие стволовых клеток, но ни один из них не будет успешным в конце, если они не смогут получить свою молекулу в клетки человека они хотят влиять. Решение этой проблемы, проиллюстрированное в исследовании, опубликованном в выпуске Science Advances от 31 октября 1945 года может быть крошечными наностранами, мельчайшими стеклянными выступами, которые выкалывают одинаково мелкие дыры в ячейке стены для доставки своего груза.

Команда под руководством научного инженера по материалам Николаса Мелоша разработала крошечные наноструктуры, которые могут быстрее и быстрее передавать молекулы в клетки и более безопасны, чем другие методы. (Image credit: L.A. Cicero)

Исследовательская группа во главе с Николасом Мелошем, адъюнкт-профессором материаловедения и инженерии, впервые начала тестирование наноструктур около пяти лет назад, используя сравнительно жесткие клеточные линии, полученные из клеток мыши, рака и других источников. В настоящее время Мелош и его коллеги продемонстрировали, что этот метод также работает в клетках человека, что может ускорить биологические и медицинские исследования и в будущем может усилить генную терапию при заболеваниях иммунной системы, глаз или раковых опухолей.

« То, что вы видите, является огромным толчком для генной терапии и иммунотерапии рака », – сказал Мелош, который также является членом Стэнфордского Био-Х, Стэнфордского ChEM-H и Ву Цай Neurosciences Institute, но преобладающие методы не соответствуют задачам доставки материалов всем применимым типам клеток человека, особенно иммунным клеткам. « Они очень жесткие по сравнению с почти всеми другими камерами, которые мы обработали », – сказал он.

Пересечение клеточной мембраны

Транспортировка химических веществ через клеточную мембрану и в клетку сама по себе не является новой концепцией, но есть несколько проблем, с которыми исследователи до сих пор зависели. В одном распространенном методе, известном как электропорация, ученые используют электрический ток для открытия отверстий в клеточных стенках, через которые могут диффундировать молекулы, такие как белки или ДНК, но техника неопределена и может уничтожить многие из клеток, которые ученые пытаются работа с.

В другом методе ученые используют вирусы для переноса интересующей молекулы на клеточную стенку, но сам вирус имеет риски. Хотя существуют аналогичные подходы, которые заменяют вирусы более доброкачественными химикатами, они менее эффективны и точны.

Это была ситуация только до пяти или шести лет назад, когда Мелош и его коллеги выдвинули новый метод переноса молекул в клетки на основе ноу-хау Мелоша в наноматериалах. Они использовали бы электропорацию, но делали это более точно, используя наноструктуры, которые из-за их сравнительно длинного узкого профиля помогают концентрировать электрические токи на очень маленьком пространстве.

Затем они протестировали этот метод на животных клетках, расположенных на слое наноструктур. Когда они включили электрический ток, наноструктуры открывали миниатюрные, регулярно поры в клеточной мембране – достаточно, чтобы молекулы могли войти, но недостаточно для нанесения критического урона.

Электрический ток полезен и для другой цели. Вместо того, чтобы ждать, когда молекулы будут беспорядочно плавать через вновь открытые поры, ток притягивал молекулы прямо в клетку, увеличивая точность и скорость процесса. Тогда вопрос в том, будет ли метод столь же эффективным для видов человеческих клеток, клиницисты должны будут влиять на лечение заболеваний.

Быстрее, безопаснее, точнее

В новой статье Мелош и команда продемонстрировали, что ответ был «да» – они эффективно переносили молекулы на три типа клеток человека, а также мышиные клетки мозга, с которыми было трудно работать в прошлом.

Кроме того, техника была быстрее, точнее и безопаснее других подходов. Метод наноструктуры занимал всего 20 секунд, чтобы доставлять молекулы в клетки, по сравнению с днями для определенных подходов, и уничтожал менее 10% клеток, что значительно улучшилось по сравнению с типичной электропорацией.

Мелош и его лаборатория в настоящее время стремятся протестировать технологию наноструктуры в некоторых из самых сложных для манипуляции с клетками, иммунными клетками человека. Если они будут успешными, это может стать огромным шагом не только для ученых, которые хотят изменить клетки для исследовательских обязательств, но и для врачей, нацеленных на лечение рака иммунотерапией, которая в настоящее время включает в себя корректировку иммунных клеток человека с использованием вирусных подходов. Мелош не только избегал этой опасности, но и мог ускорить процесс иммунотерапии и снизить ее стоимость.

Мелош также является доцентом фотонной науки. Другие авторы Стэнфорда включают Ричарда Льюиса, профессора молекулярной и клеточной физиологии; Джозеф Ву, Симон Х. Стерцер, доктор медицинских наук, профессор и профессор радиологии; докторант Руойи Цю; и аспиранты Юхон Цао и Анджела Чжан.

Исследование финансировалось за счет грантов Национального института здоровья, Национального научного фонда, Фонда Кнут и Алисы Валленберга и Института неврологии Ву Цай.

Source link