«Золотая медицина»: Нанопирамиды из золота предназначены для доставки «грузов» в клетки-мишени

Исследователи из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук им. Джона А. Полсона разработали новый метод эффективной доставки различных молекул, таких как лекарства и ДНК, непосредственно в клетки, не приводя к значительным повреждениям.

Это может улучшить методы лечения рака, доставки лекарств и генной терапии.

«Эта работа действительно захватывающая, потому что есть так много разных параметров, которые мы могли бы оптимизировать, чтобы этот метод мог работать с разными типами ячеек и грузов. Это очень универсальная платформа», - сказал соавтор Набиха Саклайен.

«Замечательно видеть, как инструменты физики могут значительно продвинуть другие области, особенно когда они могут позволить новые методы лечения ранее трудно поддающихся лечению заболеваний», - сказал ведущий автор исследования Эрик Мазур.

Управление развития технологий Гарвардского университета уже подало патентные заявки на новый метод и рассматривает возможности для коммерциализации.

Улучшение предыдущего исследования

Новый метод основан на золотой наночастице в форме пирамиды, разработанной в 2015 году. На эту наночастицу, созданную теми же исследователями, воздействовали мощным лазером для стимуляции электронов и получения локализованных поверхностных плазмонов. Этот процесс активировал электрическое поле вблизи поверхности наночастицы.

Гиперактивная наночастица может затем выполнять множество задач, таких, как уничтожение раковых клеток и повышение температуры воды. Однако процесс облучения вызывал повреждение наночастиц. Осколки золота выпускались поврежденной наночастицей. Эти осколки были потенциально смертельными и могли вызвать генетическую мутацию. Результаты этого исследования были опубликованы в журнале Nano Letters.

Чтобы решить эту проблему, исследователи использовали метод изготовления, названный разделением шаблонов, чтобы воспроизвести эти золотые наноструктуры и создать поверхность с примерно 10 миллионами этих чрезвычайно маленьких пирамид.

«Прекрасная вещь в этом процессе изготовления - насколько он прост. Удаление шаблонов позволяет использовать кремниевые шаблоны неограниченное время. Создание каждого субстрата занимает менее минуты, и каждый субстрат получается абсолютно однородным. Это не часто случается в нанотехнологиях», - сказала соавтор исследования Маринна Мадрид.

Нанопирамиды протестированы на клетках

Чтобы проверить эффективность реплицированных структур, исследователи культивировали раковые клетки прямо поверх нанопирамид и окружали их раствором, который содержал молекулярный груз. Затем команда использовала наносекундные лазерные импульсы для нагрева пирамид, чтобы достичь температуры до 300 градусов по Цельсию. Локализованное нагревание, по-видимому, не влияет на раковые клетки. Однако это привело к образованию пузырьков на кончике микроскопических пирамид.

Исследователи говорят, что эти пузырьки мягко проникали в клеточную мембрану и создавали временные поры, которые позволяли окружающим молекулам циркулировать в раковые клетки. Соавтор исследования Nabiha Saklayen сказал, что команда обнаружила, что поры быстро позволяют клеткам излечиваться. Это позволило клеткам оставаться живыми и здоровыми и делиться в течение многих дней.

Исследователи сказали, что они могут контролировать размер пузырьков, управляя параметрами лазера, а также что они могут манипулировать, с какой стороны клетки проникнуть. Исследовательская группа планирует тестировать новый метод в различных клетках, таких как клетки крови, стволовые клетки и Т-клетки.

Исследование поддержано Медицинским институтом Говарда Хьюза и Национальным научным фондом. Выводы опубликованы в журнале ACS Nano.