Een kijkje in het midden van een cel krijgen kan net zo eenvoudig zijn als een naaldprik, dankzij onderzoekers van de Universiteit van Illinois die een kleine naald hebben ontwikkeld om een ​​schot recht in de celkern af te leveren.

Inzicht in de processen in de kern van een cel, die DNA herbergt en de plaats is voor het transcriberen van genen, zou kunnen leiden tot een beter begrip van genetica en de factoren die expressie reguleren. Wetenschappers hebben eiwitten of kleurstoffen gebruikt om activiteit in de kern te volgen, maar die kunnen groot zijn en gevoelig zijn voor licht, waardoor ze moeilijk te gebruiken zijn met eenvoudige microscopietechnieken.

Onderzoekers hebben een klasse nanodeeltjes onderzocht die kwantumstippen worden genoemd. kleine spikkels halfgeleidermateriaal, slechts enkele moleculen groot, die kunnen worden gebruikt om microscopische processen en cellulaire omstandigheden te volgen. Quantum dots bieden de voordelen van klein formaat, heldere fluorescentie voor eenvoudig volgen, en uitstekende stabiliteit in het licht.

"Veel mensen vertrouwen op kwantumdots om biologische processen te volgen en informatie te krijgen over de cellulaire omgeving. Maar het is een probleem om kwantumdots in een cel te krijgen voor geavanceerde toepassingen. " zei professor Min-Feng Yu, een professor in de mechanische wetenschappen en techniek.

Elk type molecuul in de kern krijgen is nog lastiger, omdat het is omgeven door een extra membraan dat voorkomt dat de meeste moleculen in de cel binnenkomen.

Yu werkte samen met collega-professor mechanische wetenschappen en techniek Ning Wang en postdoctoraal onderzoeker Kyungsuk Yum om een ​​nanonaald te ontwikkelen die ook diende als een elektrode die kwantumstippen rechtstreeks in de kern van een cel kon afleveren - specifiek naar een welbepaalde locatie in de kern. De onderzoekers kunnen dan veel leren over de fysieke omstandigheden in de kern door de quantum dots te volgen met een standaard fluorescentiemicroscoop.

"Deze techniek stelt ons in staat om fysiek toegang te krijgen tot de interne omgeving in een cel, "Zei Yu. "Het is bijna een chirurgisch instrument waarmee we in de cel kunnen 'opereren'."

De groep bekleedde een enkele nanobuis, slechts 50 nanometer breed, met een heel dun laagje goud, het maken van een elektrodesonde op nanoschaal. Vervolgens laadden ze de naald met kwantumstippen. Een kleine elektrische lading laat de kwantumstippen los van de naald. Dit zorgt voor een controleniveau dat niet haalbaar is met andere moleculaire toedieningsmethoden, die geleidelijke diffusie door de cel en in de kern met zich meebrengen.

"Nu kunnen we elektrische potentiaal gebruiken om de afgifte van de moleculen die op de sonde zijn bevestigd te regelen, " zei Yu. "We kunnen de nanonaald op een specifieke locatie inbrengen en wachten op een specifiek punt in een biologisch proces, en laat dan de kwantumstippen los. Eerdere technieken kunnen dat niet."

Omdat de naald zo klein is, het kan een cel doorboren met minimale verstoring, terwijl andere injectietechnieken zeer schadelijk kunnen zijn voor een cel. Onderzoekers kunnen deze techniek ook gebruiken om de kwantumdots nauwkeurig af te leveren aan een zeer specifiek doelwit om activiteit in bepaalde regio's van de kern te bestuderen, of mogelijk andere cellulaire organellen.

"Locatie is erg belangrijk in cellulaire functies, " zei Wang. "Met behulp van de nanonaaldbenadering kun je op een heel specifieke locatie in de kern komen. Dat is een belangrijk voordeel van deze methode."

De nieuwe techniek opent nieuwe wegen voor studie. Het team hoopt de nanonaald verder te verfijnen, zowel als elektrode als als moleculair afgiftesysteem.

They hope to explore using the needle to deliver other types of molecules as well - DNA fragments, eiwitten, enzymes and others - that could be used to study a myriad of cellular processes.

"It's an all-in-one tool, " Wang said. "There are three main types of processes in the cell:chemical, electrical, 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 Small.