Onderzoekers hebben een nieuwe en zeer efficiënte methode voor genoverdracht ontwikkeld. De techniek, waarbij cellen worden gekweekt en getransfecteerd met genetisch materiaal op een reeks koolstofnanobuisjes, lijkt de beperkingen van andere technologieën voor het bewerken van genen te overwinnen.

Het apparaat, die wordt beschreven in een studie die vandaag in het tijdschrift is gepubliceerd Klein , is het product van een samenwerking tussen onderzoekers van het University of Rochester Medical Center (URMC) en het Rochester Institute of Technology (RIT).

"Dit platform heeft het potentieel om het genoverdrachtsproces robuuster te maken en toxische effecten te verminderen, terwijl we de hoeveelheid en diversiteit van genetische lading die we in cellen kunnen afleveren vergroten, " zei Ian Dickerson, doctoraat, een universitair hoofddocent bij de afdeling Neurowetenschappen van het URMC en co-auteur van het papier.

"Dit is een heel eenvoudig, goedkoop, en efficiënt proces dat goed wordt verdragen door cellen en met succes DNA in tienduizenden cellen tegelijk kan afleveren, " zei Michael Schrlau, doctoraat, een assistent-professor aan het Kate Gleason College of Engineering bij RIT en co-auteur van het artikel.

Genoverdrachttherapieën zijn al lang veelbelovend in de geneeskunde. Nieuwe technieken voor het bewerken van genen, zoals CRISPR-Cas9, stellen onderzoekers nu in staat zich nauwkeurig te richten op segmenten van genetische code die aanleiding geven tot een reeks potentiële wetenschappelijke en medische toepassingen, van het repareren van genetische defecten, stamcellen te manipuleren, om immuuncellen opnieuw te ontwikkelen om infecties en kanker te bestrijden.

Wetenschappers gebruiken momenteel verschillende methoden om nieuwe genetische instructies in cellen in te voegen, inclusief het maken van kleine gaatjes in het celmembraan met behulp van elektrische pulsen, het injecteren van DNA in cellen met behulp van een apparaat dat een "genenpistool" wordt genoemd, " en het gebruik van virussen om cellen te "infecteren" met nieuwe genetische code.

Echter, al deze methoden hebben de neiging te lijden aan twee fundamentele problemen. Eerst, deze processen kunnen zeer giftig zijn, waardoor wetenschappers te weinig gezonde cellen hebben om mee te werken. En ten tweede, deze methoden zijn beperkt in de hoeveelheid genetische informatie - of "payload" - die ze in de cellen kunnen afleveren, hun toepassing beperken. Deze technieken kunnen ook tijdrovend en duur zijn.

Het nieuwe apparaat dat in het onderzoek wordt beschreven, is vervaardigd in het Schrlau Nano-Bio Interface Laboratory aan het RIT door Masoud Golshadi, doctoraat Met behulp van een proces genaamd chemische dampafzetting, de onderzoekers creëerden een structuur die lijkt op een honingraat, bestaande uit miljoenen dicht opeengepakte carbo-nanobuisjes met openingen aan beide zijden van een dun schijfvormig membraan.

Het apparaat werd gebruikt in het Dickerson Lab van URMC om een ​​reeks verschillende menselijke en dierlijke cellen te kweken. Na 48 uur, de cellen werden gebaad in een medium dat vloeibaar DNA bevatte. De koolstofnanobuisjes fungeerden als leidingen die het genetische materiaal in de cellen trokken. Met behulp van deze methode, de onderzoekers constateerden dat 98 procent van de cellen het overleefde en dat 85 procent met succes werd getransfecteerd met het nieuwe genetische materiaal.

Het mechanisme van DNA-overdracht wordt nog onderzocht, maar de onderzoekers vermoeden dat het mogelijk is via een proces genaamd verbeterde endocytose, een methode waarbij cellen bundels eiwitten heen en weer transporteren door het celmembraan.

Het apparaat heeft ook aangetoond dat het in staat is om met succes een breed scala aan celtypen te kweken, inclusief cellen die doorgaans moeilijk te groeien en in leven te houden zijn, zoals immuuncellen, stamcellen, en neuronen.

De onderzoekers optimaliseren nu de technologie in de hoop dat het apparaat - dat goedkoop te produceren is - beschikbaar kan worden gesteld aan onderzoekers en, uiteindelijk, gebruikt om nieuwe behandelingen voor een reeks ziekten te ontwikkelen.