Eine Vielzahl verschiedener therapeutischer, diagnostischer und forschungsorientierter Geräte und Moleküle im Nanomaßstab wurden für den Einsatz in lebenden Zellen entwickelt.Obwohl viele dieser Partikel sehr effektiv sind, ist es oft die Schwierigkeit, sie abzugeben, die die eigentliche Herausforderung bei der praktischen Verwendung darstellt.Typischerweise werden entweder Gefäße verwendet, um diese Partikel in die Zellen zu befördern, oder die Zellmembran wird aufgebrochen, um die Eindringlinge hereinzulassen. Daher verletzen diese Techniken entweder die Zellen oder sind nicht sehr gut darin, ihre Ladung gleichmäßig abzugeben, was aber durchaus möglich ist schwer zu automatisieren.

Jetzt hat ein Team von Mitarbeitern der Korea University und der Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University in Japan eine völlig neuartige Methode entwickelt, um Partikel und chemische Verbindungen, einschließlich Proteine, DNA und Medikamente, in das Innere von Zellen zu bringen, ohne großen Schaden anzurichten .

Die neue Technik basiert auf der Erzeugung spiralförmiger Wirbel um Zellen, die die Zellmembranen vorübergehend lange genug verformen, um Dinge hineinzulassen. Die Membranen scheinen sich sofort wieder in ihren ursprünglichen Zustand zu versetzen, sobald die Wirbelstimulation aufhört.All dies wird in einem Schritt durchgeführt und erfordert keine komplexe Biochemie, Nanotransportvehikel oder dauerhafte Schäden an den beteiligten Zellen.

Das für diese Aufgabe entwickelte Gerät, ein sogenannter Spiralhydroporator, kann innerhalb einer Minute Goldnanopartikel, funktionelle mesoporöse Silica-Nanopartikel, Dextran und mRNA mit einer Effizienz von bis zu 96 % und einer Zellüberlebensrate von bis zu 94 in verschiedene Zelltypen transportieren %.Und das alles mit einer unglaublichen Geschwindigkeit von etwa einer Million Zellen pro Minute und von einem Gerät, das günstig in der Herstellung und einfach zu bedienen ist.

„Aktuelle Methoden weisen zahlreiche Einschränkungen auf, darunter Probleme mit der Skalierbarkeit, den Kosten, der geringen Effizienz und der Zytotoxizität“, sagte Professor Aram Chung von der School of Biomedical Engineering der Korea University, der Studienleiter.„Unser Ziel war es, Mikrofluidik zu nutzen, bei der wir das Verhalten winziger Wasserströme ausnutzten, um eine leistungsstarke neue Lösung für die intrazelluläre Abgabe zu entwickeln … Man pumpt einfach eine Flüssigkeit, die die Zellen und Nanomaterialien enthält, an zwei Enden und die Zellen – die jetzt die enthalten.“ Nanomaterial – fließen aus den anderen beiden Enden.Der gesamte Vorgang dauert nur eine Minute.“

Das Innere des Mikrofluidikgeräts verfügt über Kreuzverbindungen und T-Verbindungen, durch die Zellen und Nanopartikel fließen.Die Verbindungskonfigurationen erzeugen die notwendigen Wirbel, die zum Eindringen in Zellmembranen führen, und die Nanopartikel dringen auf natürliche Weise ein, wenn sich die Gelegenheit dazu bietet.

Hier ist eine Simulation eines Spiralwirbels, der eine Zellverformung an der Kreuz- und T-Verbindung verursacht:

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