Natuurkundigen van de UT Arlington hebben mogelijk een manier ontwikkeld om lasertechnologie te gebruiken om op cellulair niveau geneesmiddelen en gentherapie toe te dienen zonder het omliggende weefsel te beschadigen. De methode zou uiteindelijk patiënten kunnen helpen die lijden aan genetische aandoeningen, kankers en neurologische aandoeningen.

In een recentelijk gepubliceerd onderzoek door het tijdschrift Nature's Wetenschappelijke rapporten , het team koppelde kristallijne magnetische koolstofnanodeeltjes en continue golf nabij-infrarode laserstralen voor in wat fotothermische levering wordt genoemd. Auteurs van het nieuwe artikel zijn Ali Koymen, een hoogleraar natuurkunde; Samarendra Mohanty, een assistent-professor natuurkunde; en Ling-Gu, een onderzoeker in het laboratorium van Mohanty.

De nieuwe ontdekking kwam voort uit een eerdere studie waarbij Koymen en Mohanty een laser van 50 tot 100 milliwatt en hetzelfde koolstofnanodeeltje gebruikten, die de straal absorbeert, om kankercellen in het laboratorium op te warmen en te vernietigen. Het team gebruikte de nieuwe fotothermische leveringsmethode in laboratoriumexperimenten om ondoordringbare kleurstoffen en kleine DNA-moleculen in menselijke prostaatkanker en fibroblast sarcoomcellen te introduceren.

"In dit werk, Dr. Mohanty gebruikte een lager vermogen, 20 tot 30 milliwatt, continue golf nabij-infrarood laser en het nanodeeltje om het celmembraan te doordringen zonder de cellen te doden. Deze methode rekt het gewenste celmembraan uit om aflevering mogelijk te maken en heeft de toegevoegde bonus dat een vloeistofstroom wordt gecreëerd die de beweging van wat wordt afgeleverd versnelt, zei Koymen, wiens laboratorium het kristallijne magnetische koolstofnanodeeltje van het onderzoek creëerde met behulp van een elektrische plasmaontlading in een touleenoplossing.

Het rechtstreeks inbrengen van vreemd DNA of andere kleine moleculen in cellen is essentieel voor enkele van de meest geavanceerde methoden die worden ontwikkeld in gentherapie, vaccinaties, kankerbeeldvorming en andere medische behandelingen. Momenteel, de overheersende praktijk is het gebruik van virussen voor levering aan cellen. Helaas, de reikwijdte van wat met virussen kan worden geleverd, is ernstig beperkt en virusinteractie kan leiden tot ontstekingsreacties en andere complicaties.

Wetenschappers die een pad naar de cel willen creëren zonder een virus te gebruiken, hebben ook geëxperimenteerd met alleen UV-zichtbare lichtlaserstralen. Maar die methode beschadigt omliggende cellen en heeft een relatief oppervlakkig niveau van effectiviteit.

Een belangrijk voordeel van de nieuwe methode is dat de bijna-infraroodlichtabsorptie van het nanodeeltje kan worden gebruikt om selectief de interactie van laser met laag vermogen met gericht weefsel te versterken en "door laser veroorzaakte schade aan niet-gerichte cellen langs het bestralingspad kan worden vermeden , " aldus het rapport. De magnetische eigenschappen van de nanodeeltjes betekenen ook dat ze kunnen worden gelokaliseerd met een extern magnetisch veld, waardoor een kleinere concentratie effectief kan worden gebruikt.

"Onderzoeksuniversiteiten zoals UT Arlington moedigen docenten en studenten aan om elke nieuwe ontdekking te volgen met nog diepere vragen, zei Pamela Jansma, decaan van het UT Arlington College of Science.

"Met hun laatste publicatie, Drs. Koymen, Mohanty en Gu hebben hun samenwerking naar een nieuw niveau getild terwijl ze blijven bouwen aan waardevolle implicaties voor de menselijke gezondheid en de behandeling van ziekten."

De koolstofnanodeeltjes die voor het kankeronderzoek werden geproduceerd, varieerden van vijf tot twintig nanometer breed. Een mensenhaar is ongeveer 100, 000 nanometer breed. De magnetische koolstofnanodeeltjes zijn ook fluorescerend. Dus, ze kunnen worden gebruikt om het contrast van optische beeldvorming van tumoren te verbeteren, samen met die van MRI.