Chirurgia komórkowa z wykorzystaniem nanotechnologii
Bioinżynieria komórkowa wykorzystuje metody inżynieryjne do zbadania i analizy systemów biologicznych. Często wymaga to uszkodzenia organelli w żywych komórkach lub tkankach w taki sposób, aby nie miało to negatywnego wpływu na zdolność do przeżycia komórki lub organizmu. Aby sprostać wyzwaniom technologicznym związanym z badaniami na poziomie mikroskopowym, naukowcy wykorzystali ultraszybką technologię laserową oraz technologie wywodzące się z neuronauk. W ramach finansowanego przez UE projektu LIGHT2NANOGENE (Cellular bioengineering by plasmonic enhanced laser nanosurgery) wykorzystano nową technologię nanochirurgii żywych komórek, tj. nanochirurgię laserową z wykorzystaniem nanocząstek plazmonicznych, w celu wprowadzenia materiału egzogennego przez błonę komórek macierzystych raka piersi. Celem było wyciszenie ekspresji kluczowych genów odpowiedzialnych za agresywne zachowanie tych komórek i zmniejszenie przerzutów raka piersi. Metoda zastosowana w projekcie LIGHT2NANOGENE łączy plazmonikę i ultraszybkie lasery, umożliwiając wykonywanie wysoko wydajnych zabiegów nanochirurgicznych na komórkach, a światłowód wbudowany w narzędzie nanochirurgiczne pomaga w zastosowaniach in vivo. Naukowcy opracowali po raz pierwszy zaawansowaną metodę diagnostyki obrazowej do badania ultraszybkich oddziaływań pomiędzy nanocząstkami a światłem lasera oraz pomiędzy nanopęcherzykami. Oprócz wykrywania, opracowana technika umożliwiła scharakteryzowanie tych nośników energii dynamicznej. Dane zebrane dla pojedynczych nanocząstek posłużyły do zbudowania modelu teoretycznego w celu zoptymalizowania właściwości nanopęcherzyków w zastosowaniach biomedycznych. Nanocząstki złota wytworzyły bardzo ograniczone i przejściowe nanopęcherzyki, przez co wykazały, że są odpowiednie do wykorzystania in vivo przy minimalnej cytotoksyczności i immunogenności. W połączeniu z kilkukrotnym napromieniowaniem impulsowym, nanopęcherzyki doprowadziły do skutecznej perforacji błony ludzkich komórek raka piersi. Naukowcom udało się osiągnąć wydajność perforacji rzędu 80% przy cytotoksyczności poniżej 10%. Działanie nanocząstek złota zaobserwowano również na poziomie tkanki – wywoływały nanokawitację, jednocześnie pozostając w stanie nienaruszonym. Bazujący na światłowodzie, przenośny i niedrogi system laserowy LIGHT2NANOGENE doskonale nadaje się do nanochirurgii komórek. Połączenie promieniowania laserowego i nanocząstek pomoże naukowcom rozszerzyć zastosowania bioinżynierii komórek zarówno w celach badawczych, jak i terapeutycznych.
Słowa kluczowe
Nanochirurgia, LIGHT2NANOGENE, komórki macierzyste raka piersi, nanopęcherzyki, nanocząstki złota
