(PhysOrg.com) -- Bio-ingenieurs van Duke University hebben niet alleen een manier bedacht om moleculaire spionnen door de wanden van individuele cellen te sluipen, ze kunnen ze nu in het commandocentrum - of kern - van die cellen schuiven, waar ze belangrijke informatie kunnen melden of nuttige ladingen kunnen afgeven.

Met behulp van zilveren nanodeeltjes gehuld in een eiwit van het HIV-virus dat een griezelig vermogen heeft om menselijke cellen binnen te dringen, de wetenschappers hebben aangetoond dat ze de innerlijke werking van de kern kunnen binnendringen en subtiele lichtsignalen van de 'spion' kunnen detecteren.

Om deze nanospionnen effectief te laten zijn, ze moeten niet alleen door de eerste verdedigingslinie van de cel komen - de celwand - ze moeten in staat zijn om de kern binnen te gaan.

Het uiteindelijke doel is om het vroegst mogelijke moment te kunnen herkennen waarop het genetisch materiaal in een cel abnormaal begint te worden, leidend tot tal van aandoeningen, vooral kanker.

De bevinding laat ook zien hoe medicijnen of andere nuttige ladingen rechtstreeks in de kern kunnen worden afgeleverd.

"Deze nieuwe methode om binnen te komen en precies te detecteren wat er in de celkern gebeurt, heeft duidelijke voordelen ten opzichte van de huidige methoden, " zei Molly Gregas, een afgestudeerde student in het laboratorium van Tuan Vo-Dinh, R. Eugene en Susie E. Goodson Distinguished Professor of Biomedical Engineering, hoogleraar scheikunde en directeur van het Fitzpatrick Institute for Photonics aan de Duke's Pratt School of Engineering.

"Het vermogen om deze nanodeeltjes in de kern van een cel te plaatsen en informatie te verzamelen met behulp van licht heeft mogelijke implicaties voor de selectieve behandeling van ziekten, "Zei Gregas. "We stellen ons voor dat deze benadering ook basiswetenschappers zal helpen als ze proberen beter te begrijpen wat er in de celkern gebeurt."

De Duke-onderzoekers rapporteerden hun bevindingen in een reeks artikelen, met als hoogtepunt het laatste nummer van nanogeneeskunde , die online werd gepubliceerd. Het onderzoek werd ondersteund door de National Institutes of Health.

De onderzoekers koppelden minuscule zilverdeeltjes, een metaal dat niet door cellen wordt afgewezen en een efficiënte lichtreflector is, waarbij een klein deel van het HIV-eiwit verantwoordelijk is voor zijn zeer efficiënte vermogen om een ​​cel en zijn kern binnen te gaan. In dit geval, de onderzoekers gebruikten alleen het vermogen van HIV om langs cellulaire afweermechanismen te sluipen, terwijl het zijn vermogen om de genetische machinerie van de cel over te nemen en ziekte te veroorzaken wegneemt.

"Deze combinatie maakt gebruik van de kleinheid van het nanodeeltje en de 'leveringsinstructies' van het hiv-eiwit, Gregas legde uit. "Als we dat nanodeeltje eenmaal in de kern kunnen krijgen, we hebben veel opties. We kunnen bijvoorbeeld een soort lading leveren en vervolgens de effecten ervan in de kern observeren."

Dat is waar een vier decennia oude optische techniek die bekend staat als Surface-Enhanced Raman scattering (SERS) in het spel komt. Het wordt hier gebruikt als een gevoelige beeldvormingstechniek om aan te tonen dat de nanodeeltjes en hun ladingen met succes de kern zijn binnengekomen.

wanneer licht, meestal van een laser, wordt geschenen op een monster, het doelmolecuul trilt en verstrooit zijn eigen unieke licht, vaak aangeduid als de Raman-verstrooiing. Echter, deze Raman-reactie is extreem zwak. Wanneer het doelmolecuul is gekoppeld aan een metalen nanodeeltje, de Raman-respons wordt enorm versterkt door het SERS-effect -- vaak meer dan een miljoen keer, zei Vo-Dinh.

In het begin van de jaren tachtig, terwijl in het Oak Ridge National Laboratory in Tennessee, Vo-Dinh en collega's waren een van de eersten die aantoonden dat SERS in de praktijk kan worden gebruikt om chemicaliën te detecteren, inclusief kankerverwekkende stoffen, milieuverontreinigende stoffen en vroege markers van ziekten. bij hertog, Vo-Dinh verlegt de grenzen van de SERS-technologie voor biomedische detectie en moleculaire beeldvorming.

"Ons uiteindelijke doel is om een ​​afgiftesysteem op nanoschaal te ontwikkelen dat zijn nuttige lading - in dit geval nanodeeltjes waaraan andere middelen zijn bevestigd - in een cel kan laten vallen om de effectiviteit van een medicamenteuze behandeling te verbeteren, "Zei Vo-Dinh. "Theoretisch, we zouden deze nanodeeltjes kunnen 'opladen' met veel dingen waarin we geïnteresseerd zijn - bijvoorbeeld een nanosonde voor een kankergen - en het in de celkern krijgen. Dit zou ons een waarschuwingssignaal geven over de ziekte in het vroegste stadium, waardoor een snellere en effectievere behandeling mogelijk is."

De huidige experimenten werden uitgevoerd met levende cellen in het laboratorium. Nieuwe experimenten richten zich op het gebruik van deze benadering in diermodellen om te bepalen hoe het werkt in een complex levend systeem.