UT Arlington fysikforskare kan ha utvecklat ett sätt att använda laserteknik för att leverera läkemedels- och genterapi på cellnivå utan att skada omgivande vävnad. Metoden kan så småningom hjälpa patienter som lider av genetiska tillstånd, cancer och neurologiska sjukdomar.

I en studie som nyligen publicerats av tidskriften Nature's Vetenskapliga rapporter , laget kopplade ihop kristallina magnetiska kolnanopartiklar och kontinuerliga våg nära infraröda laserstrålar för vad som kallas fototermisk leverans. Författare till den nya tidningen är Ali Koymen, en professor i fysik; Samarendra Mohanty, en biträdande professor i fysik; och Ling Gu, en forskare i Mohantys lab.

Den nya upptäckten växte fram från tidigare studie där Koymen och Mohanty använde en 50 till 100 milliwatt laser och samma kolnanopartikel, som absorberar strålen, att värma upp och förstöra cancerceller i labbet. Teamet använde den nya fototermiska leveransmetoden i laboratorieexperiment för att introducera ogenomträngliga färgämnen och små DNA -molekyler i humana prostatacancer och fibroblast -sarkomceller.

"I det här arbetet, Dr Mohanty använde en lägre effekt, 20 till 30 milliwatt, kontinuerlig våg nära infraröd laser och nanopartikeln för att genomsyra cellmembranet utan att döda cellerna. Denna metod sträcker det önskade cellmembranet för att möjliggöra leverans och har den extra bonusen att skapa ett vätskeflöde som påskyndar rörelsen hos det som levereras, "sa Koymen, vars laboratorium skapade studiens kristallina magnetiska kol -nanopartikel med hjälp av en elektrisk plasmaurladdning inuti en toulenlösning.

Att introducera främmande DNA eller andra små molekyler direkt i celler är avgörande för några av de mest avancerade metoderna som utvecklas inom genterapi, vaccinationer, cancerbildning och andra medicinska behandlingar. För närvarande, den dominerande praxisen är att använda virus för leverans till celler. Tyvärr, omfattningen av vad som kan levereras med virus är starkt begränsad och virusinteraktion kan leda till inflammatoriska svar och andra komplikationer.

Forskare som vill skapa en väg in i cellen utan att använda ett virus har också experimenterat med att bara använda laserstrålar med UV-synligt ljus. Men den metoden skadar omgivande celler och har en relativt ytlig nivå av effektivitet.

En betydande fördel med den nya metoden är att nanopartikelns nära-infraröda ljusabsorption kan användas för att selektivt förstärka interaktionen mellan lågeffektslaser och riktad vävnad och "laserinducerad skada på icke-riktade celler längs strålningsvägen kan undvikas , "står det i rapporten. Nanopartiklarnas magnetiska egenskaper innebär också att de kan lokaliseras med ett externt magnetfält; därför kan en mindre koncentration användas effektivt.

"Forskningsuniversitet som UT Arlington uppmuntrar lärare och studenter att följa varje ny upptäckt med ännu djupare frågor, "sa Pamela Jansma, dekanus vid UT Arlington College of Science.

"Med sin senaste publikation, Drs. Koymen, Mohanty och Gu har tagit sitt samarbete till en ny nivå när de fortsätter att bygga mot värdefulla konsekvenser för människors hälsa och sjukdomsbehandling. "

Kolnanopartiklar producerade för cancerstudien varierade från fem till 20 nanometer breda. Ett människohår är cirka 100, 000 nanometer bred. De magnetiska kolnanopartiklarna är också fluorescerande. Så, de kan användas för att öka kontrasten för optisk avbildning av tumörer tillsammans med MRI.