Forskare från Ryska vetenskapsakademin utvecklade en ny metod för syntes av stjärnformade nanopartiklar baserad på laserbestrålning. Ett brett utbud av anpassningsbara förhållanden ger en möjlighet att skapa en bekväm miljö för olika substanser för leverans till olika typer av celler. Resultaten publiceras i Journal of Biophotonics . Forskningen stöddes av Russian Science Foundation (RNF).

Intracellulära leveranssystem är av stor betydelse för klinisk biomedicinsk forskning och laboratorieforskning. De senaste teknikerna baserade på virala medel, kemisk exponering och mikroinjektioner syftar till att uppnå maximal effektivitet samtidigt som hög cellviabilitet säkerställs. Dock, ingen av de för närvarande kända metoderna uppfyller helt sådana krav som kompatibilitet med olika celltyper och levererade objekt, minimal toxicitet, maximal effektivitet, relativ billighet och enkelhet i utförande.

Författarna till den nya studien utvecklade en ny leveransmetod med hjälp av guld nano-stjärnor:stjärnformade nanopartiklar med vassa spikar. Forskarna fick dem genom att reducera guldjoner på sfäriska embryon av samma metall. Därefter avsattes nanostjärnorna i form av enkla lager på plastytan och täcktes med celler. Laserbestrålning fick elektromagnetiska vågor att färdas på nanopartiklarnas yta, transporterar alltså ämnen in i cellen.

Forskare använde pGFP (cirkulärt DNA med en gen som kodar för ett fluorescerande protein) för att testa effektiviteten av den utvecklade metoden. De syftade till att leverera dessa molekyler till HeLa-celler:mänskliga livmoderhalscancerlinjer. Denna kombination av modellceller och det levererade objektet valdes på grund av den frekventa användningen av HeLa-celler i kliniska och biokemiska studier, samt enkel testning eftersom celler till vilka pGFP framgångsrikt levererades lyser. Effektiviteten för den utvecklade metoden för modellceller visade sig vara mer än 95%. Att skapa cellvänliga förhållanden ledde till nästan absolut överlevnad (cirka 92%), medan efter leverans på ett av de mest populära sätten – med TurboFect kemiskt medel – överlevde cirka 75 % av cellerna.

Den utvecklade metoden är enklare och billigare än traditionella kommersiella system för leverans av molekyler in i cellen. Fördelarna kan också inkludera frånvaron av direkt kontakt mellan målämnen och celler med nanopartiklar, vilket minskar sannolikheten för skador på celler och tillförda ämnen/ Dessutom, nano-stjärnornas spetsiga yta skapar bekväma förhållanden för celltillväxt och vidhäftning (cellfäste till varandra och till ytan). Detta gör metoden användbar för att leverera ett brett spektrum av molekyler till olika celler.

"Vi har utvecklat och optimerat en ny plattform för att skapa porer i celler baserad på monolager av guld nano-stjärnor med hjälp av kontinuerlig laserstrålning. Med denna metod, det är möjligt att producera högeffektiv intracellulär leverans av olika substanser under känsliga förhållanden. Vi antar att metoder som använder sådana nanopartiklar kan vara ett alternativ till befintliga teknologier för intracellulär leverans av biomolekyler för användning i genterapi, riktad läkemedelsansökan, erhålla modifierade cellkulturer och annan biomedicinsk forskning, " förklarar Timofey Pylaev, en av författarna till studien från Russian Academy of Sciences.