Российские ученые создают золотые нано-звезды для внутриклеточной доставки

Ученые из Российской академии наук разработали новый метод синтеза звездных наночастиц на основе лазерного облучения. Широкий спектр настраиваемых параметров дает возможность сформировать комфортную среду для доставки различных веществ в различные типы клеток. Результаты исследований сообщаются в Journal of Biophotonics и исследование было поддержано Российским научным фондом (RNF).

Новая система внутриклеточной доставки. (Фото предоставлено Тимофеем Пилаевым и др.)

Внутриклеточные системы доставки имеют большое значение для лабораторных и клинических биомедицинских исследований. Новейшие методы, основанные на химическом воздействии, вирусных агентах и ​​микроинъекциях, направлены на достижение максимальной эффективности при обеспечении высокой жизнеспособности клеток. Но ни один из известных в настоящее время подходов полностью не отвечает таким требованиям, как совместимость с различными типами ячеек и доставленными объектами, максимальная эффективность, минимальная токсичность, относительная простота выполнения и дешевизна.

Авторы нового исследования сформулировали новую технику доставки с золотыми нанозвездами: наночастицы в форме звезды с острыми шипами. Сокращая ионы золота на сферических зародышах одного и того же металла, ученые смогли их получить. Далее нанозвезды были размещены в виде отдельных слоев на пластиковой поверхности и покрыты клетками. Лазерное излучение заставляло электромагнитные волны течь по поверхности наночастиц, передавая таким образом вещества в клетку.

Исследователи использовали pGFP (кольцевую ДНК с геном, кодирующим флуоресцентный белок), чтобы исследовать эффективность разработанной методики. Они нацелены на доставку этих молекул в клетки HeLa: линии рака шейки матки человека. Эта смесь модельных клеток и доставленного объекта была выбрана из-за частого использования клеток HeLa в биохимических и клинических исследованиях, а также из-за простоты тестирования, поскольку клетки, в которые эффективно переносился pGFP, светятся. Эффективность новой методики для модельных ячеек была выше 95%. Развитие благоприятных для клеток условий привело к практически абсолютной выживаемости (около 92%), в то время как после доставки одним из наиболее распространенных способов – с использованием химического агента TurboFect – около 75% клеток выжили.

Разработанная методика дешевле и проще по сравнению с традиционными коммерческими системами подачи молекул в клетку. Преимущества также могут включать в себя отсутствие прямого контакта клеток с наночастицами и целевыми веществами, что снижает вероятность повреждения клеток и доставляемых веществ. Кроме того, шипованная поверхность нано-звезд формирует комфортную среду для роста и адгезии клеток (прикрепление клеток друг к другу и к поверхности). Это делает метод подходящим для передачи широкого спектра молекул в различные клетки.

Мы разработали и оптимизировали новую платформу для создания пор в клетках на основе монослоев золотых нанозвезд с использованием непрерывного лазерного излучения. Используя этот метод, можно производить высокоэффективную внутриклеточную доставку различных веществ в деликатных условиях. Мы предполагаем, что методы с использованием таких наночастиц могут быть альтернативой существующим технологиям внутриклеточной доставки биомолекул для использования в генной терапии, целенаправленном применении лекарств, получении модифицированных клеточных культур и других биомедицинских исследованиях.

Тимофей Пилаев, соавтор исследования Российской академии наук.

Source link