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Nanostraws安全有效地将分子输送到人体细胞

研究人员可以设计出完美的分子来编辑基因,治疗癌症或指导干细胞的发育,但如果他们不能将他们的分子放入他们想要操纵的人体细胞中,那么最终这些都不重要。在10月31日发表在“科学进步”杂志上的一项研究中描述的这个问题的解决方案可能是微小的纳米结构,微小的玻璃状突起,在细胞壁上同样有小孔,可以运送货物。
 

由材料科学与工程副教授Nicholas Melosh领导的团队在大约五年前开始使用来自癌症,小鼠细胞和其他来源的相对坚韧的细胞系开始测试纳米结构。现在,Melosh及其同事已经证明该技术在人体细胞中起作用,这一结果可以加速医学和生物学研究,并且有朝一日可以改善眼睛,免疫系统或癌症疾病的基因治疗。

“你所看到的是对基因疗法和癌症免疫疗法的巨大推动,”Melosh说,他也是Stanford Bio-X,Stanford ChEM-H和吴仔神经科学研究所的成员,但现有的技术还没有达到向所有相关人类细胞类型,特别是免疫细胞提供物质的挑战。“与我们处理的几乎所有其他细胞相比,它们真的很难,”他说。

穿过细胞膜

将化学物质运输到细胞膜上并进入细胞本身的想法并不新鲜,但科学家迄今依赖的方法存在许多问题。在一种称为电穿孔的常用方法中,研究人员使用电流在细胞壁上打开孔,DNA或蛋白质等分子可以通过这些孔扩散通过,但该方法不精确,可以杀死研究人员试图使用的许多细胞。 。

在另一种方法中,研究人员使用病毒将感兴趣的分子携带到细胞壁上,但病毒本身也存在风险。虽然有类似的方法可以用更多的良性化学物质代替病毒,但它们的精确度和有效性都较低。

直到五六年前,Melosh及其同事基于Melosh在纳米材料方面的专业知识,提出了一种将分子转化为细胞的新方法。他们会使用电穿孔,但是使用纳米线进行更精确的方式,因为它们相对较长,较窄的轮廓有助于将电流集中到非常小的空间。

当时,他们在坐在纳米凹槽床上的动物细胞上测试了这种技术。当他们打开电流时,纳米线在细胞膜上打开微小的,规则大小的孔 - 足以让分子进入,但不足以造成严重损害。

电流也有另一个目的。电流不是等待分子随机漂浮在新打开的孔中,而是将分子直接吸入细胞,从而提高了过程的速度和精度。当时的问题是该技术是否对临床医生需要操纵治疗疾病的人类细胞的种类有效。

更快,更安全,更精确

在新论文中,Melosh和团队表明答案是肯定的 - 他们成功地将分子分为三种人类细胞类型以及小鼠脑细胞,所有这些都证明过去难以使用。

而且,该方法比其他方法更精确,更快速,更安全。与一些方法的天数相比,nanostraw技术仅需20秒即可将分子输送到细胞,杀死的细胞数量不到10%,这比标准电穿孔有了很大的改进。

Melosh和他的实验室正在努力测试nanostraw方法中最难对付人体免疫细胞周围细胞的一些方法。如果它们取得成功,不仅对于想要为研究目的而修改细胞的科学家而且对于希望通过免疫疗法治疗癌症的医生而言,这可能是一个很大的进步,现在正在使用病毒方法修改人的免疫细胞。Melosh说,Nanostraws不仅可以避免这种危害,还可以加速免疫治疗过程并降低其成本。

Melosh还是光子科学的副教授。斯坦福大学的其他作者包括分子和细胞生理学教授Richard Lewis,Simon H. Stertzer,医学博士,教授和放射学教授,博士后研究员Ruoyi Qiu以及研究生Yuhong Cao和Angela Zhang。

该研究由国立卫生研究院,国家科学基金会,克努特和爱丽丝瓦伦堡基金会以及吴仔神经科学研究所资助。

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