(PhysOrg.com) - Duke University bioingenjörer har inte bara kommit på ett sätt att smyga molekylära spioner genom väggarna i enskilda celler, de kan nu släppa in dem i kommandocentralen - eller kärnan - för dessa celler, där de kan rapportera tillbaka viktig information eller släppa ut nyttolaster.

Genom att använda silvernanopartiklar som är inhägnade i ett protein från HIV -viruset som har en otrolig förmåga att penetrera mänskliga celler, forskarna har visat att de kan komma in i kärnans inre funktioner och upptäcka subtila ljussignaler från "spionen".

För att dessa nanospioner ska vara effektiva, de behöver inte bara ta sig igenom cellens första försvarslinje - cellväggen - de måste kunna komma in i kärnan.

Det slutliga målet är att kunna upptäcka det tidigaste möjliga ögonblicket när det genetiska materialet i en cell börjar bli onormalt, som leder till en mängd störningar, särskilt cancer.

Fyndet visar också hur droger eller andra nyttolaster kan levereras direkt till kärnan.

"Denna nya metod för att komma in och upptäcka exakt vad som händer i cellkärnan har tydliga fördelar jämfört med nuvarande metoder, "sa Molly Gregas, en doktorand i laboratoriet i Tuan Vo-Dinh, R. Eugene och Susie E. Goodson Framstående professor i biomedicinsk teknik, professor i kemi och chef för Fitzpatrick Institute for Photonics vid Duke's Pratt School of Engineering.

"Möjligheten att placera dessa nanopartiklar i en cellkärna och samla information med hjälp av ljus har potentiella konsekvenser för den selektiva behandlingen av sjukdomar, "Gregas sa." Vi föreställer oss att detta tillvägagångssätt också kommer att hjälpa grundforskare när de försöker bättre förstå vad som händer i en cellkärna. "

Duke -forskarna rapporterade sina fynd i en serie papper, som kulminerade i det senaste numret av Nanomedicin , som publicerades online. Forskningen stöddes av National Institutes of Health.

Forskarna kopplade små partiklar av silver, en metall som inte avvisas av celler och är en effektiv reflektor av ljus, med en liten del av HIV -proteinet ansvarig för dess mycket effektiva förmåga att komma in i en cell och dess kärna. I detta fall, forskarna utnyttjade endast HIV:s förmåga att smyga förbi cellulära försvar, samtidigt avlägsna dess förmåga att ta över cellens genetiska maskineri och orsaka sjukdom.

"Denna kombination drar fördel av nanopartikelns litenhet och" leveransinstruktioner "för HIV -proteinet, "Förklarade Gregas." När vi kan få in den nanopartikeln i kärnan, vi har många alternativ. Vi kan till exempel leverera någon form av nyttolast och sedan observera dess effekter inom kärnan. "

Det är där en fyra decennier gammal optisk teknik känd som ytförstärkt Ramanspridning (SERS) spelar in. Det används här som en känslig avbildningsteknik för att visa att nanopartiklarna och deras nyttolaster framgångsrikt gick in i kärnan.

I ljuset, vanligtvis från en laser, lyser på ett prov, målmolekylen vibrerar och sprider tillbaka sitt eget unika ljus, kallas ofta Ramans spridning. Dock, detta Raman -svar är extremt svagt. När målmolekylen är kopplad till en metallnanopartikel, Ramans svar förstärks kraftigt av SERS -effekten - ofta med mer än en miljon gånger, Sa Vo-Dinh.

I början av 1980 -talet på Oak Ridge National Laboratory i Tennessee, Vo-Dinh och kollegor var bland de första som visade att SERS kunde användas praktiskt för att upptäcka kemikalier, inklusive cancerframkallande ämnen, miljöföroreningar och tidiga markörer för sjukdom. På Duke, Vo-Dinh skjuter gränserna för SERS-teknik för biomedicinsk detektion och molekylär bildbehandling.

"Vårt ultimata mål är att utveckla ett nanoskala leveranssystem som kan släppa ner sin nyttolast - i detta fall nanopartiklar med andra medel kopplade - till en cell för att förbättra effektiviteten av en läkemedelsbehandling, "Sa Vo-Dinh." Teoretiskt sett, vi kan "ladda upp" dessa nanopartiklar med många saker vi är intresserade av - till exempel en nanoprobe för en cancergen - och få in den i en cellkärna. Detta skulle ge oss en varningssignal om sjukdomen i ett tidigt skede, vilket möjliggör snabbare och effektivare behandling. "

De nuvarande experimenten utfördes med levande celler i laboratoriet. Nya experiment fokuserar på att använda detta tillvägagångssätt i djurmodeller för att avgöra hur det fungerar i ett komplext levande system.