Japanse onderzoekers hebben een nieuwe, gerichte methode voor het perforeren van celmembranen om medicijnen af ​​te leveren aan, of de genen manipuleren van, individuele cellen. Het artikel is gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap en technologie van geavanceerde materialen .

De methode omvat de nabij-infrarood (NIR) laserbestraling van een dunne film van koolstofnanobuisjes, die fungeren als een effectieve fotonabsorbeerder en als een stimulusgenerator.

In celengineering en weefselbiologisch onderzoek, het gebruik van gepulseerde lasers om cellen te stimuleren is naar voren gekomen als een krachtige techniek om selectieve gentransfectie mogelijk te maken, medicijninjectie of de regulatie van genexpressie. De bestraling van biologische cellen met behulp van gepulseerde lasers zorgt ervoor dat hun membranen perforeren, die gentransfectie of de gerichte afgifte van medicijnen aanzienlijk versnelt.

Onder het brede scala aan foton-energieën, het nabij-infraroodgebied is minder schadelijk voor biologische cellen, die zeer weinig energie absorberen in deze golflengten. De meest succesvolle NIR-lasers zijn femtosecondelasers vanwege hun fijne ruimtelijke resolutie zonder thermische of mechanische schade aan omringende materialen. Maar femtoseconde laserinstrumenten zijn duur en vereisen een zeer geavanceerde optische opstelling en veel ruimte, daarom koos het onderzoeksteam voor een zuinigere nanoseconde-laser.

In de studie, Naotoshi Nakashima en collega's van Kyushu University gebruikten een schaal die was bedekt met enkelwandige koolstofnanobuisjes (SWCNT's), die straling in het NIR-gebied sterk absorberen, als antenne voor een nanoseconde pulslaser. Het team ontdekte dat celmembranen ofwel omkeerbaar ofwel onomkeerbaar verstoord waren na een NIR-puls, afhankelijk van de energie van de laser. Wanneer een puls 17,5 microJoule overschreed, het membraan werd onomkeerbaar ontwricht en de cel stierf. Daarentegen, bij ongeveer 15 microJoule per puls, het membraan ging open en de cel bleef in leven.

Dit suggereert dat een goedkope laserbron kan worden gebruikt om een ​​enkel celdoel voor te bereiden voor selectieve gentransfectie, medicijninjectie of regulatie van genexpressie, concluderen de auteurs.