Un nuovo dispositivo sviluppato da ingegneri e medici dell'UCLA potrebbe eventualmente aiutare gli scienziati a studiare lo sviluppo della malattia, consentire loro di acquisire immagini migliorate dell'interno delle cellule e portare ad altri miglioramenti nella ricerca medica e biologica.

I ricercatori hanno creato uno strumento automatizzato altamente efficiente che fornisce nanoparticelle, enzimi, anticorpi, batteri e altri carichi "di grandi dimensioni" nelle cellule di mammifero al ritmo di 100, 000 celle al minuto, significativamente più veloce della tecnologia attuale, che funziona a circa una cella al minuto.

La ricerca, pubblicato online in Metodi della natura il 6 aprile è stato guidato da Eric Pei-Yu Chiou, professore associato di ingegneria meccanica e aerospaziale e di bioingegneria presso la Henry Samueli School of Engineering and Applied Science. I collaboratori includevano studenti, personale e docenti della scuola di ingegneria e della David Geffen School of Medicine dell'UCLA.

Attualmente, l'unico modo per consegnare il cosiddetto carico di grandi dimensioni, particelle di dimensioni fino a 1 micrometro, nelle cellule è utilizzando micropipette, strumenti simili a siringhe comuni nei laboratori, che è molto più lento del nuovo metodo. Altri approcci per iniettare materiali nelle cellule, come l'utilizzo di virus come veicoli di consegna o metodi chimici, sono utili solo per piccole molecole, che sono tipicamente lunghi diversi nanometri. (Un nanometro è un millesimo di micrometro.)

Il nuovo dispositivo, chiamato strumento di chirurgia biofotonica laser assistita, o BLAST, è un chip di silicio con una serie di fori ampi micrometri, ciascuno circondato da un asimmetrico, rivestimento semicircolare di titanio. Sotto i fori c'è un pozzo di liquido che include le particelle da consegnare.

I ricercatori utilizzano un impulso laser per riscaldare il rivestimento in titanio, che fa bollire istantaneamente lo strato d'acqua adiacente a parti della cellula. Che crea una bolla che esplode vicino alla membrana cellulare, risultante in una grande fessura, una reazione che richiede solo circa un milionesimo di secondo. La fessura consente al liquido pieno di particelle sotto le cellule di essere incastrato in esse prima che la membrana si richiuda. Un laser può scansionare l'intero chip di silicio in circa 10 secondi.

Chiou ha detto che la chiave del successo della tecnica è l'incisione istantanea e precisa della membrana cellulare.

"Più veloce tagli, meno perturbazioni si hanno sulla membrana cellulare, " disse Chiu, che è anche membro del California NanoSystems Institute.

L'inserimento di grandi carichi nelle celle potrebbe portare a ricerche scientifiche che in precedenza non erano possibili. Per esempio, la capacità di consegnare i mitocondri, potrebbe alterare il metabolismo delle cellule e aiutare i ricercatori a studiare le malattie causate dal DNA mitocondriale mutante.

Potrebbe anche aiutare gli scienziati a sezionare la funzione dei geni coinvolti nel ciclo di vita dei patogeni che invadono la cellula ea comprendere i meccanismi di difesa della cellula contro di essi.

"Ora non importa la dimensione o il tipo di materiale che vuoi consegnare. Puoi semplicemente inserirlo tutto nella cella, " disse Chio.

"Le nuove informazioni apprese da questi tipi di studi potrebbero aiutare a identificare bersagli patogeni per lo sviluppo di farmaci, o fornire informazioni fondamentali su come l'interazione patogeno-ospite consente un'infezione produttiva o un'efficace risposta cellulare a verificarsi, " ha detto il dottor Michael Teitell, capo della divisione di patologia pediatrica e dello sviluppo, e coautore del documento.

Poiché il dispositivo può consegnare merci a 100, 000 celle in una volta, un singolo chip può fornire dati sufficienti per un'analisi statistica di come le cellule rispondono in un esperimento.