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ACS Nano:一种新颖的多任务模式可调式等离子体纳米泡

  1. 等离子体纳米泡

来源:生物谷 2012-12-04 11:28

2012年12月4日讯 /生物谷BIOON/ --莱斯大学(Rice University)的研究人员找到了一种方法,在杀死病变细胞的同时,对同一样本中的其他细胞进行治疗。该过程利用了一种不触及邻近健康细胞的激光脉冲激活。

2012年12月4日讯 /生物谷BIOON/ --莱斯大学(Rice University)的研究人员找到了一种方法,在杀死病变细胞的同时,对同一样本中的其他细胞进行治疗。该过程利用了一种不触及邻近健康细胞的激光脉冲激活。

Dmitri Lapotko实验室开发的可调式等离子体纳米泡(Plasmonic Nanobubbles,又名电浆纳米泡)的独特用途,有望取代当前用于癌症及其他疾病治疗的数个难点过程,同时具有速度快、操作简单、多功能程序等特点。

研究成果已在线发表于本周的ACS Nano杂志上。

电浆纳米泡比人类的头发小10000倍,能引起微小的爆炸。在由一个外部能量源激发时,电浆金纳米粒子周围会形成一层薄薄的气泡,这种蒸汽泡会迅速膨胀及崩溃。Lapotko及其同事发现,电浆纳米泡能通过爆炸杀死癌细胞,同时不会损害邻近健康细胞,与金纳米粒子相比,表现出了更高的精度及选择性。

在新研究项目中,Lapotko及同事进一步展现了电浆纳米泡的非凡能力。一系列实验证明,一个单一的激光脉冲在空心金纳米球壳周围可产生大量的电浆纳米泡,这些大的纳米泡能选择性地破坏不需要的细胞。相同的激光脉冲可以在实体纳米球壳周围创造出更小的电浆纳米泡,可以在细胞膜上打出一些微小的、暂时性的孔,创建一种导入性纳米注射器(inbound nanojet),快速将药物或基因“注入(inject)”到其他细胞。

在他们的试验中,Lapotko及其团队将直径60纳米空心纳米球置于癌细胞模型,并将它们染成红色。在另一组中,将直径60纳米的实心纳米微球置于同一类型细胞中,并将它们染成蓝色。他们将2种细胞将在一种绿色荧光染液中混合悬浮,并对混合细胞悬液发射一个单一的宽激光脉冲,随后洗去绿色染料,在显微镜下检查细胞。具有空心球的红色细胞被大的电浆纳米泡炸开,而蓝色细胞则保持完整,但外部的绿色染料,已通过实心球所产生的较小的电浆纳米泡所造成的暂时性孔,进入了细胞。

由于所有这一切发生在数分之一秒,因此在Rice实验室正在开发的一种流式系统中,有望每分钟选择性处理多达10亿个细胞。该项研究有望推进细胞及基因疗法,以及骨髓移植。

大多数疾病基因疗法需要一种“体外”过程来消除不需要的细胞(如癌症细胞),以及对其他细胞进行基因修饰,来增强疗效。当前的细胞处理往往缓慢、昂贵、劳动力密集、细胞损失量大、选择性低。理想的清除及转染,应该是高效、选择性、速度快、安全。

电浆纳米泡技术有望在同一时间对同一细胞群体具有做种作用。比如将一种物质导入干细胞,使其变成另一种类型细胞,并在同一时间杀死可能具有伤害作用的周围细胞,可调式电浆纳米泡可能做到这一点。

Lapotko计划,在不久的将来创建一种原型技术,对人类细胞进行测试。该平台有望用于细胞及基因治疗、干细胞移植。

该项研究由美国国家卫生研究院(NIH)支持。(生物谷bioon.com)

编译自:Multitasking Plasmonic Nanobubbles Kill Diseased Cells, Modify Others

Cell-Specific Multifunctional Processing of Heterogeneous Cell Systems in a Single Laser Pulse Treatment.

Ekaterina Y. Lukianova-Hleb, Martin B. G, et al

Abstract:Current methods of cell processing for gene and cell therapies use several separate procedures for gene transfer and cell separation or elimination, because no current technology can offer simultaneous multifunctional processing of specific cell subsets in highly heterogeneous cell systems. Using the cell-specific generation of plasmonic nanobubbles of different sizes around cell-targeted gold nanoshells and nanospheres, we achieved simultaneous multifunctional cell-specific processing in a rapid single 70 ps laser pulse bulk treatment of heterogeneous cell suspension. This method supported the detection of cells, delivery of external molecular cargo to one type of cells and the concomitant destruction of another type of cells without damaging other cells in suspension, and real-time guidance of the above two cellular effects.

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