Forskare har utvecklat en ny och mycket effektiv metod för genöverföring. Tekniken, som involverar odling och transfektering av celler med genetiskt material på en rad kolnanorör, verkar övervinna begränsningarna hos andra genredigeringstekniker.

Enheten, vilket beskrivs i en studie som publiceras i dag i tidskriften Små , är resultatet av ett samarbete mellan forskare vid University of Rochester Medical Center (URMC) och Rochester Institute of Technology (RIT).

"Denna plattform har potential att göra genöverföringsprocessen mer robust och minska toxiska effekter, samtidigt som vi ökar mängden och mångfalden av genetisk last som vi kan leverera till celler, sa Ian Dickerson, Ph.D., en docent vid institutionen för neurovetenskap vid URMC och medförfattare till uppsatsen.

"Detta representerar en mycket enkel, billig, och effektiv process som tolereras väl av celler och som framgångsrikt kan leverera DNA till tiotusentals celler samtidigt, sa Michael Schrlau, Ph.D., en biträdande professor vid Kate Gleason College of Engineering vid RIT och medförfattare till artikeln.

Genöverföringsterapier har länge varit mycket lovande inom medicinen. Nya genredigeringstekniker, som CRISPR-Cas9, gör det nu möjligt för forskare att exakt rikta in sig på segment av genetisk kod som ger upphov till en rad potentiella vetenskapliga och medicinska tillämpningar från att fixa genetiska defekter, att manipulera stamceller, att omarbeta immunceller för att bekämpa infektioner och cancer.

Forskare använder för närvarande flera olika metoder för att infoga nya genetiska instruktioner i celler, inklusive att skapa små hål i cellmembranet med hjälp av elektriska pulser, injicera DNA i celler med hjälp av en enhet som kallas en "genpistol, "och använda virus för att "infektera" celler med ny genetisk kod.

Dock, alla dessa metoder tenderar att lida av två grundläggande problem. Först, dessa processer kan vara mycket giftiga, lämnar forskare med för få friska celler att arbeta med. Och för det andra, dessa metoder är begränsade i mängden genetisk information - eller "nyttolast" - de kan leverera till cellerna, begränsa deras tillämpning. Dessa tekniker kan också vara tidskrävande och dyra.

Den nya enheten som beskrivs i studien tillverkades i Schrlau Nano-Bio Interface Laboratory vid RIT av Masoud Golshadi, Ph.D. Genom att använda en process som kallas kemisk ångavsättning, forskarna skapade en struktur som liknar en bikaka som består av miljontals tätt packade kolnanorör med öppningar på båda sidor av ett tunt skivformat membran.

Enheten användes i Dickerson Lab vid URMC för att odla en serie olika mänskliga och djurceller. Efter 48 timmar, cellerna badades i ett medium som innehöll flytande DNA. Kolnanorören fungerade som ledningar som drog in det genetiska materialet i cellerna. Med denna metod, forskarna observerade att 98 procent av cellerna överlevde och 85 procent framgångsrikt transfekterades med det nya genetiska materialet.

Mekanismen för DNA-överföring är fortfarande under utredning, men forskarna misstänker att det kan vara via en process som kallas förstärkt endocytos, en metod genom vilken celler överför buntar av proteiner fram och tillbaka genom cellmembranet.

Enheten har också visat förmågan att framgångsrikt odla ett brett spektrum av celltyper, inklusive celler som vanligtvis är svåra att växa och hålla vid liv, såsom immunceller, stamceller, och neuroner.

Forskarna optimerar nu tekniken i hopp om att enheten – som är billig att tillverka – kan göras tillgänglig för forskare och, i sista hand, används för att utveckla nya behandlingar för en rad sjukdomar.