这一次,通过使用一种新材料(导电聚合物)涂覆在金属纳米管上作为“复合纳米管”,提高了细胞存活率,并发现了以低于膜电位的微小电压将物质高效地输送到细胞中的新原理(电渗流泵),目前为止很难将蛋白质和抗体等大分子传递到细胞内,现在可以期待这种高效传递的技术。
现有物质导入技术和该方法的特点(来源:联合新闻稿PDF)
研究小组将这种改进的纳米注射器称为“细胞用电动纳米注射器”或“复合纳米管电渗流泵”。
(左)细胞用电动纳米注射器(复合纳米管电渗流泵)的特点。(右)涂有导电聚合物的复合纳米管的特性(来源:联合新闻稿 PDF)
此外,通过在金属纳米管上涂敷导电性高分子,可以电控制离子的流动,确认了仅在施加±100mV左右的正电压时离子流动的整流特性。其理由是,复合纳米管的出入口上表面和下表面由不对称的纳米结构体构成,且其表面带电。
(上)复合纳米管和金属纳米管以及离子流的放大图。(下)复合纳米管和金属纳米管中的离子电流(整流特性)(来源:联合新闻稿PDF)
此外,在构建用于将复合纳米管插入细胞的印模系统并使用“HeLa细胞”(人源性癌细胞)确认细胞活力时,将常规金属纳米管插入细胞后,5 分钟后存活率降至约93 %,在30分钟后降至1%,但此次使用开发的复合纳米管的情况下,即使持续插入30分钟,生存率也能维持在95%左右的高值。
(上)使用复合纳米管的印章系统。(下)复合纳米管的高细胞存活率(来源:联合新闻稿 PDF)
事实上,使用开发的复合纳米管,将钙黄绿素小分子和GFP蛋白引入HeLa细胞,将DNA质粒引入“NIH3T3细胞”(源自小鼠胚胎的皮肤细胞),当施加± 50 mV的电时, 确认物质的导入效率提高。
(上)复合纳米管示意图。(下)使用细胞用电动纳米注射器将大分子引入细胞(来源:联合新闻稿 PDF)
针对这一成就,研究小组正在考虑改进用于细胞的电纳米注射器技术,使其可用于再生医学和细胞治疗领域。特别是有望将新物质引入医疗领域使用的细胞,开发新的药物细胞注射液。
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