211service.com
Rygsække til celler
Levende celler iført mikroskopiske rygsække – nanostrukturerede polymerplastre fyldt med kemisk last – vil måske en dag være i stand til at transportere medicin eller billeddannende midler til sygt væv. MIT-forskere siger, at de med succes har konstrueret sådanne rygsække, fyldt dem med magnetiske partikler og bundet dem til overfladerne af immunceller uden at forstyrre cellernes evne til at interagere med deres miljø. Arbejdet er beskrevet i et nyere nummer af Nano bogstaver .
Gearet op: To immunceller (grå) bærer polymerrygsække (grøn). De vedhæftede rygsække har to lag: et celleadhæsionslag, der griber fat i celleoverfladen, og et nyttelastlag, der bærer noget kemisk last - i dette tilfælde grønt fluorescerende farvestof. Forskere håber, at rygsækkene en dag kan tilpasses til at levere lægemidler eller billeddannende midler til bestemte områder i kroppen.
Samlet set er dette et meget betydeligt stykke arbejde, siger Michael Sømand , en professor i kemi og biokemi ved University of California, San Diego, som ikke var involveret i undersøgelsen. Der er mange mulige variationer af dette tema for en lang række forskellige sygdomme. Jeg tror, det kunne starte en helt ny underdisciplin.
Rygsækkene er bygget af tre tynde lag polymerfilm. Det nederste lag forankrer rygsækken til en overflade under konstruktion og lastning. Mellemlaget bærer rygsækkens last. Og det øverste lag fungerer som en krog, der låses på en celles overflade.
Da de havde syntetiseret rygsækkene, tilføjede forskerne en opløsning indeholdende levende immunceller, som straks blev hægtet af rygsækkenes øverste lag. Derefter, ved at sænke temperaturen, udløste de de nederste polymerlag til at opløses, hvilket frigjorde de rygsækbærende celler fra overfladen.
Denne proces giver mulighed for en utrolig alsidighed i rygsækkenes last, siger Michael Rubner , direktør for MIT's Center for Materials Science and Engineering og seniorforfatter af papiret. Fordi cellerne først tilføjes til allersidst, er der ingen fare ved at bruge giftige kemikalier og barske forhold til at bygge og læsse rygsækkene. Du kan bruge al den barske kemi, du vil, for cellen er der ikke for at blive dræbt, siger Rubner. Det er først i det sidste trin af processen, at cellen hæfter sig på overfladen, griber sin rygsæk og løfter den af.
For at teste, hvor tæt rygsækkene var fastgjort, fyldte forskerne dem med magnetiske nanopartikler, fyldte dem på immunceller og placerede cellerne i nærheden af en magnet. Under et mikroskop kunne cellerne ses vandre mod magneten - trukket med af deres rygsække, som forblev solidt forankret på plads.
Normalt bliver partikler inkorporeret i en celles overflade internaliseret i løbet af få sekunder, siger Mauro Ferrari , direktør for afdelingen for nanomedicin ved University of Texas, som ikke var involveret i arbejdet. At den her ting bliver der i mere end sekunder er bemærkelsesværdig, siger han.
Sailor advarer om, at selvom teknologien er lovende, vil den virkelige udfordring være at få den til at virke inde i kroppen. Der er ingen måde at vide på dette tidspunkt, hvordan de rygsæk-bærende celler ville klare sig, når de cirkulerede i blodbanen. De kan opsluge eller smide deres pakker eller overnatte i trange rum. Indledende undersøgelser tyder på, at rygsækkene ikke udgør nogen fare for immuncellernes sundhed, men der skal meget mere arbejde til, før systemet kan testes inde i et levende dyr, siger Rubner.
Når de når punktet af dyreforsøg, planlægger forskerne at starte med at fylde rygsækkene med et sporbart stof - måske de magnetiske nanopartikler, som kan afbildes ved MRI, eller måske fluorescerende molekyler. Det vil give teamet mulighed for at bestemme, hvordan cellerne migrerer, og om de når de ønskede mål.
Til sidst forestiller Rubner og hans kollegaer sig at bruge rygsækkene til terapier, der genopretter kroppens eget immunsystem til at angribe sygt eller kræftvæv. For eksempel kan immunceller fjernes fra blodbanen, udstyres med rygsække, aktiveres for at komme hjem i en tumor og returneres til kroppen. Der ville de levere deres last – det være sig et billeddannende middel eller et kemoterapeutisk lægemiddel – direkte til tumoren og skåne sundt væv fra eksponering for den giftige nyttelast.
Forskerne forventede oprindeligt, at hver rygsæk ville klæbe ensartet til dens bærercelles overflade, ligesom et plaster. I stedet så det ud til, at plastrene klæbede fast på ét sted, mens resten dinglede afsted – ligesom en rigtig rygsæk, der kun forankrer ved skuldrene, siger Rubner. Dette uventede fænomen kan faktisk komme til nytte, siger han. Immunceller skal presse sig gennem smalle åbninger i kroppen; en pågipset pakke kan gøre celler mindre bøjelige, mens en dinglende pakke kan trækkes igennem.
For det meste blev cellerne og rygsækkene koblet sammen i et en-til-en-forhold. Men lejlighedsvis, under visse forhold, dannede der sig gigantiske klumper af aggregerede celler og rygsække. Fordi rygsækkene ikke lå fladt mod cellerne, kunne mere end én celle låse på et enkelt plaster, eller mere end ét plaster kunne fæstne sig til en celle. Rubner håber, at hans team kan lære at manipulere denne proces, hvilket måske kan tjene som grundlag for bottom-up vævsteknologi.
Det er en ny tilgang, siger Rubner. Der er meget fleksibilitet i, hvad du kan gøre med det, og vi håber, at fleksibilitet vil blive til noget, der vil have stor værdi for samfundet.
Men det kommer til at tage et stykke tid, tilføjer han.