Japanse onderzoekers hebben een gerichte methode ontwikkeld om celmembranen te openen om medicijnen af ​​te leveren aan, of de genen manipuleren van, individuele cellen.

De methode, zoals gerapporteerd in het journaal Wetenschap en technologie van geavanceerde materialen , omvat het bestralen van een dunne film van koolstofnanobuisjes met behulp van een nabij-infrarood (NIR) laser. De nanobuisjes fungeren als een effectieve fotonabsorbeerder en als stimulusgenerator voor aangrenzende cellen.

In celengineering en weefselbiologisch onderzoek, wetenschappers gebruiken vaak gepulseerde lasers om cellen te stimuleren en gentransfectie (de introductie van genetisch materiaal) mogelijk te maken, genregulatie of medicijninjectie. De bestraling van biologische cellen met behulp van gepulseerde lasers zorgt ervoor dat hun membranen doorboren, 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. Echter, femtoseconde laserinstrumenten zijn duur, omvangrijk en vereisen een zeer geavanceerde optische opstelling, daarom koos het onderzoeksteam voor een zuinigere nanoseconde-laser.

In de studie, Naotoshi Nakashima en collega's van de Kyushu University hebben een schaal gemaakt die is bedekt met enkelwandige koolstofnanobuisjes, die straling in het NIR-gebied sterk absorberen, als antenne voor een nanoseconde pulslaser. De schaal werd ook bezaaid met levende cellen.

Afhankelijk van de energie van de laser, de onderzoekers ontdekten dat de celmembranen ofwel omkeerbaar ofwel onomkeerbaar waren verstoord. Wanneer een laserpuls 17,5 microJoule (uJ) overschreed, de membranen werden vernietigd en de cellen stierven. Echter, bij lagere energieën van ongeveer 15 uJ per puls, de membranen gingen open en de cellen bleven in leven. Dit suggereert dat een goedkope laserbron zou kunnen worden gebruikt om een ​​enkel celdoel voor te bereiden voor selectieve gentransfectie, medicijninjectie of regulatie van genexpressie, concluderen de auteurs.