Dare un'occhiata all'interno di una cella può essere facile come pungere un ago, grazie ai ricercatori dell'Università dell'Illinois che hanno sviluppato un minuscolo ago per erogare un'iniezione direttamente al nucleo di una cellula.

Comprendere i processi all'interno del nucleo di una cellula, che ospita il DNA ed è il sito per la trascrizione dei geni, potrebbe portare a una maggiore comprensione della genetica e dei fattori che regolano l'espressione. Gli scienziati hanno usato proteine ​​o coloranti per monitorare l'attività nel nucleo, ma quelli possono essere grandi e tendono ad essere sensibili alla luce, rendendoli difficili da usare con semplici tecniche di microscopia.

I ricercatori hanno esplorato una classe di nanoparticelle chiamate punti quantici, minuscoli granelli di materiale semiconduttore grandi solo poche molecole che possono essere utilizzati per monitorare processi microscopici e condizioni cellulari. I punti quantici offrono i vantaggi delle dimensioni ridotte, fluorescenza brillante per un facile monitoraggio, e ottima stabilità alla luce.

"Molte persone si affidano ai punti quantici per monitorare i processi biologici e ottenere informazioni sull'ambiente cellulare. Ma ottenere punti quantici in una cellula per applicazioni avanzate è un problema, " ha detto il professor Min-Feng Yu, professore di scienze meccaniche e ingegneria.

Portare qualsiasi tipo di molecola nel nucleo è ancora più complicato, perché è circondato da una membrana aggiuntiva che impedisce alla maggior parte delle molecole nella cellula di entrare.

Yu ha lavorato con il collega professore di scienze meccaniche e ingegneria Ning Wang e il ricercatore post-dottorato Kyungsuk Yum per sviluppare un nanoago che fungesse anche da elettrodo in grado di fornire punti quantici direttamente nel nucleo di una cellula, in particolare in una posizione individuata all'interno del nucleo. I ricercatori possono quindi imparare molto sulle condizioni fisiche all'interno del nucleo monitorando i punti quantici con un microscopio fluorescente standard.

"Questa tecnica ci permette di accedere fisicamente all'ambiente interno di una cellula, " Disse Yu. "È quasi come uno strumento chirurgico che ci permette di 'operare' all'interno della cellula."

Il gruppo ha rivestito un singolo nanotubo, solo 50 nanometri di larghezza, con un sottilissimo strato d'oro, creazione di una sonda elettrodica su scala nanometrica. Hanno quindi caricato l'ago con punti quantici. Una piccola carica elettrica rilascia i punti quantici dall'ago. Ciò fornisce un livello di controllo non ottenibile con altri metodi di somministrazione molecolare, che comportano una diffusione graduale in tutta la cellula e nel nucleo.

"Ora possiamo usare il potenziale elettrico per controllare il rilascio delle molecole attaccate alla sonda, " disse Yu. "Possiamo inserire il nanoago in una posizione specifica e attendere un punto specifico in un processo biologico, e poi rilascia i punti quantici. Le tecniche precedenti non possono farlo".

Perché l'ago è così piccolo, può perforare una cellula con un'interruzione minima, mentre altre tecniche di iniezione possono essere molto dannose per una cellula. I ricercatori possono anche utilizzare questa tecnica per fornire con precisione i punti quantici a un obiettivo molto specifico per studiare l'attività in determinate regioni del nucleo, o potenzialmente altri organelli cellulari.

"La posizione è molto importante nelle funzioni cellulari, "Ha detto Wang. "Utilizzando l'approccio nanoago è possibile raggiungere una posizione molto specifica all'interno del nucleo. Questo è un vantaggio chiave di questo metodo".

La nuova tecnica apre nuove strade allo studio. Il team spera di continuare a perfezionare il nanoago, sia come elettrodo che come sistema di rilascio molecolare.

Sperano di esplorare l'uso dell'ago per fornire anche altri tipi di molecole:frammenti di DNA, proteine, enzimi e altri - che potrebbero essere usati per studiare una miriade di processi cellulari.

"È uno strumento all-in-one, " Wang said. "There are three main types of processes in the cell:chemical, elettrico, and mechanical. This has all three:It's a mechanical probe, an electrode, and a chemical delivery system."

The team's findings will appear in the Oct. 4 edition of the journal Piccolo.