En ny enhet som utvecklats av UCLA -ingenjörer och läkare kan så småningom hjälpa forskare att studera utvecklingen av sjukdom, göra det möjligt för dem att fånga förbättrade bilder av cellernas insida och leda till andra förbättringar inom medicinsk och biologisk forskning.

Forskarna skapade ett mycket effektivt automatiserat verktyg som levererar nanopartiklar, enzymer, antikroppar, bakterier och annan "stor" last in i däggdjursceller med en hastighet av 100, 000 celler per minut - betydligt snabbare än nuvarande teknik, som fungerar med ungefär en cell per minut.

Forskningen, publicerad online i Naturmetoder den 6 april, leddes av Eric Pei-Yu Chiou, docent i maskin- och rymdteknik och i bioteknik vid Henry Samueli School of Engineering and Applied Science. Samarbetare inkluderade studenter, personal och fakultetsmedlemmar från ingenjörsskolan och David Geffen School of Medicine vid UCLA.

För närvarande, det enda sättet att leverera så kallad storlast, partiklar upp till 1 mikrometer i storlek, in i cellerna genom att använda mikropipetter, sprutliknande verktyg som är vanliga i laboratorier, vilket är mycket långsammare än den nya metoden. Andra metoder för att injicera material i celler - till exempel att använda virus som leveransbilar eller kemiska metoder - är bara användbara för små molekyler, som vanligtvis är flera nanometer långa. (En nanometer är en tusendels mikrometer.)

Den nya enheten, kallas ett biofotoniskt laserassisterat kirurgiverktyg, eller BLAST, är ett kiselchip med en rad mikrometerbreda hål, var och en omgiven av en asymmetrisk, halvcirkelformad beläggning av titan. Under hålen finns en brunn med vätska som innehåller de partiklar som ska levereras.

Forskare använder en laserpuls för att värma titanbeläggningen, som omedelbart kokar vattenskiktet intill delar av cellen. Det skapar en bubbla som exploderar nära cellmembranet, resulterar i en stor spricka - en reaktion som bara tar ungefär en miljonedel av en sekund. Sprickan gör att den partikelfyllda vätskan under cellerna kan fastna i dem innan membranet återförsluts. En laser kan skanna hela kiselchippet på cirka 10 sekunder.

Chiou sa att nyckeln till teknikens framgång är det momentana och exakta snittet av cellmembranet.

"Ju snabbare du skär, ju färre störningar du har på cellmembranet, "sa Chiou, som också är medlem i California NanoSystems Institute.

Att sätta in stor last i celler kan leda till vetenskaplig forskning som tidigare inte var möjlig. Till exempel, förmågan att leverera mitokondrier, kan förändra cellernas ämnesomsättning och hjälpa forskare att studera sjukdomar orsakade av mutant mitokondrie-DNA.

Det kan också hjälpa forskare att dissekera funktionen hos gener som är involverade i livscykeln för patogener som invaderar cellen och förstå cellens försvarsmekanismer mot dem.

"Nu spelar det ingen roll vilken storlek eller typ av material du vill leverera. Du kan bara trycka in allt i cellen, "Sa Chiou.

"Den nya informationen från denna typ av studier kan hjälpa till att identifiera patogenmål för läkemedelsutveckling, eller ge grundläggande insikt om hur patogen -värd -interaktionen möjliggör en produktiv infektion eller ett effektivt cellulärt svar, "sa Dr Michael Teitell, chef för avdelningen för pediatrisk och utvecklingspatologi, och medförfattare till tidningen.

Eftersom enheten kan leverera last till 100, 000 celler på en gång, ett enda chip kan ge tillräckligt med data för en statistisk analys av hur cellerna svarar i ett experiment.