La capacidad de entregar carga como drogas o ADN en las células es esencial para la investigación biológica y la terapia de enfermedades, pero las membranas celulares son muy buenas para defender su territorio. Los investigadores han desarrollado varios métodos para engañar o forzar la apertura de la membrana celular, pero estos métodos son limitadosen el tipo de carga que pueden entregar y no son particularmente eficientes.
Ahora, los investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard John A. Paulson SEAS han desarrollado un nuevo método que utiliza microestructuras de oro para entregar una variedad de moléculas en las células con alta eficiencia y sin daños duraderos. La investigación se publica en ACS Nano .
"Ser capaz de entregar cargas grandes y diversas directamente en las células transformará la investigación biomédica", dijo Nabiha Saklayen, candidata a doctorado en el Laboratorio Mazur en SEAS y primera autora del artículo. "Sin embargo, ningún sistema de entrega único actual puedehaga todo lo que necesita hacer de una vez. Los sistemas de entrega intracelular deben ser altamente eficientes, escalables y rentables, al mismo tiempo que pueden transportar carga diversa y entregarla a celdas específicas en una superficie sin daños.gran desafío."
En investigaciones anteriores, Saklayen y sus colaboradores demostraron que las microestructuras doradas en forma de pirámide son muy buenas para enfocar la energía del láser en puntos calientes electromagnéticos. En esta investigación, el equipo utilizó un método de fabricación llamado pelado de plantillas para hacer superficies, aproximadamente del tamañode un cuarto - con 10 millones de estas pequeñas pirámides.
"Lo bueno de este proceso de fabricación es lo simple que es", dijo Marinna Madrid, coautora del trabajo y candidata a doctorado en el Laboratorio Mazur. "La eliminación de plantillas le permite reutilizar las plantillas de silicio indefinidamente. Se necesita menos de unminuto para hacer cada sustrato, y cada sustrato sale perfectamente uniforme. Eso no sucede muy a menudo en la nanofabricación "
El equipo cultivó células de cáncer HeLa directamente sobre las pirámides y las rodeó con una solución que contenía carga molecular.
Usando pulsos láser de nanosegundos, el equipo calentó las pirámides hasta que los puntos calientes en las puntas alcanzaron una temperatura de aproximadamente 300 grados Celsius. Este calentamiento muy localizado, que no afectó a las células, causó la formación de burbujas en la punta decada pirámide. Estas burbujas se abrieron paso suavemente en la membrana celular, abriendo breves poros en la célula y permitiendo que las moléculas circundantes se difundan en la célula.
"Descubrimos que si hiciéramos estos poros muy rápidamente, las células se curarían solas y
podríamos mantenerlos vivos, saludables y divididos durante muchos días ", dijo Saklayen.
Cada célula de cáncer HeLa se sentó encima de unas 50 pirámides, lo que significa que los investigadores podían hacer unos 50 poros diminutos en cada célula. El equipo podía controlar el tamaño de las burbujas controlando los parámetros del láser y controlar qué lado de la célula penetraría.
Las moléculas entregadas a la célula tenían aproximadamente el mismo tamaño que las cargas clínicamente relevantes, incluidas las proteínas y los anticuerpos.
A continuación, el equipo planea probar los métodos en diferentes tipos de células, incluidas las células sanguíneas, las células madre y las células T. Clínicamente, este método podría usarse en terapias ex vivo, donde las células no saludables se sacan del cuerpo, dada la cargacomo drogas o ADN, y reintroducido en el cuerpo.
"Este trabajo es realmente emocionante porque hay tantos parámetros diferentes que podríamos optimizar para permitir que este método funcione en muchos tipos de células y cargas diferentes", dijo Saklayen. "Es una plataforma muy versátil".
La Oficina de Desarrollo Tecnológico de Harvard ha presentado solicitudes de patentes y está considerando oportunidades de comercialización.
"Es genial ver cómo las herramientas de la física pueden avanzar mucho en otros campos, especialmente cuando pueden permitir nuevas terapias para enfermedades que antes eran difíciles de tratar", dijo Eric Mazur, profesor de física y física aplicada de Balkanski y autor principal delpapel.
Esta investigación fue apoyada por la National Science Foundation y el Instituto Médico Howard Hughes. Fue coautora de Marinus Huber, Marinna Madrid, Valeria Nuzzo, Daryl Inna Vulis, Weilu Shen, Jeffery Nelson, Arthur McClelland y Alexander Heisterkamp.
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Materiales proporcionado por Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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