Ricercatori giapponesi hanno sviluppato un metodo mirato per aprire le membrane cellulari al fine di somministrare farmaci a, o manipolare i geni di, singole cellule.
Il metodo, come riportato sulla rivista Scienza e tecnologia dei materiali avanzati , comporta l'irradiazione di un sottile film di nanotubi di carbonio utilizzando un laser nel vicino infrarosso (NIR). I nanotubi agiscono come un efficace assorbitore di fotoni e un generatore di stimoli per le cellule adiacenti.
Nell'ingegneria cellulare e nella ricerca sulla biologia dei tessuti, gli scienziati usano spesso laser pulsati per stimolare le cellule e consentire la trasfezione genica (l'introduzione di materiale genetico), regolazione genica o iniezione di farmaci. L'irradiazione delle cellule biologiche mediante laser a impulsi provoca la perforazione delle loro membrane, che accelera significativamente la trasfezione genica o la somministrazione mirata di farmaci.
Tra la vasta gamma di energie dei fotoni, la regione del vicino infrarosso è meno dannosa per le cellule biologiche, che assorbono pochissima energia in queste lunghezze d'onda. I laser NIR di maggior successo sono i laser a femtosecondi grazie alla loro risoluzione spaziale fine senza danni termici o meccanici ai materiali circostanti. Però, gli strumenti laser a femtosecondi sono costosi, ingombranti e richiedono una disposizione ottica altamente sofisticata, quindi il team di ricerca ha optato per un laser a nanosecondi più economico.
Nello studio, Naotoshi Nakashima e colleghi della Kyushu University hanno preparato un piatto rivestito con nanotubi di carbonio a parete singola, che assorbono fortemente le radiazioni nella regione NIR, come antenna per un laser a impulsi di nanosecondi. Il piatto è stato anche seminato con cellule viventi.
A seconda dell'energia del laser, i ricercatori hanno scoperto che le membrane cellulari erano disturbate in modo reversibile o irreversibile. Quando un impulso laser supera 17,5 microJoule (uJ), le membrane sono state distrutte e le cellule sono morte. Però, a energie inferiori di circa 15 uJ per impulso, le membrane si aprirono e le cellule rimasero vive. Ciò suggerisce che una sorgente laser economica potrebbe essere utilizzata per preparare un singolo bersaglio cellulare per la trasfezione genica selettiva, iniezione di farmaci o regolazione dell'espressione genica, concludono gli autori.
