Wyobraź sobie, że próbujesz przebić żółtko surowego jajka, nie rozbijając białka. Wydaje się to niemożliwe, ale naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego opracowali technologię, która wykonuje podobnie delikatne zadanie w żywych komórkach. Stworzyli szereg nanofilarów, które mogą naruszyć jądro komórki – przedział, w którym mieści się nasze DNA – bez uszkadzania zewnętrznej błony komórki.
Badania opublikowane w Zaawansowane materiały funkcjonalne, może otworzyć nowe możliwości w terapii genowej, w której materiał genetyczny musi być dostarczony bezpośrednio do jądra, a także w dostarczaniu leków i innych formach medycyny precyzyjnej.
„Opracowaliśmy narzędzie, które z łatwością może stworzyć bramę do jądra” – powiedział Zeinab Jahed, profesor na Wydziale Inżynierii Chemicznej i Nanorodziny Aiiso Yufeng Li na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego i główny autor badania.
Jądro jest z założenia nieprzeniknione. Jego błona jest silnie wzmocnioną barierą, która osłania nasz kod genetyczny, przepuszczając tylko określone cząsteczki przez ściśle kontrolowane kanały. „Nie jest łatwo wprowadzić cokolwiek do jądra” – powiedział Jahed. „Dostarczanie leków i genów przez błonę jądrową od dawna stanowi ogromne wyzwanie”.
Obecne metody uzyskiwania dostępu do jądra zazwyczaj polegają na użyciu maleńkiej igły w celu fizycznego nakłucia zarówno jądra, jak i komórki. Metody te są jednak inwazyjne i można je stosować jedynie w zastosowaniach na małą skalę.
Jahed i jej zespół, pod kierownictwem doktora nanoinżynierii Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego. student Ali Sarikhani opracował rozwiązanie niezakłócające pracy. Opracowali szereg nanofilarów składających się z cylindrycznych struktur w skali nano. Kiedy komórka jest umieszczona na tych nanofilarach, jądro owija się wokół nanofilarów, powodując zakrzywienie się jej błony. Ta indukowana krzywizna z kolei powoduje tymczasowe utworzenie się maleńkich, samouszczelniających się otworów w błonie jądrowej. Tymczasem zewnętrzna błona komórki pozostaje nieuszkodzona.
„To ekscytujące, ponieważ możemy selektywnie tworzyć te maleńkie pęknięcia w błonie jądrowej, aby uzyskać bezpośredni dostęp do jądra, pozostawiając resztę komórki nienaruszoną” – powiedział Jahed.
W eksperymentach na nanofilarach umieszczano komórki zawierające w jądrze barwnik fluorescencyjny. Naukowcy zaobserwowali, że barwnik wyciekał z jądra do cytoplazmy, ale pozostawał zamknięty w komórce. Wskazywało to, że przebita została tylko błona jądrowa, a nie komórkowa. Naukowcy zaobserwowali ten efekt w różnych typach komórek, w tym komórkach nabłonkowych, komórkach mięśnia sercowego i fibroblastach.
Zespół bada obecnie mechanizmy stojące za tym efektem. „Zrozumienie tych szczegółów będzie kluczem do optymalizacji platformy do zastosowań klinicznych i zapewnienia, że będzie ona zarówno bezpieczna, jak i skuteczna w dostarczaniu materiału genetycznego do jądra” – powiedział Jahed.
Prace te zostały częściowo wsparte nagrodą YIP Biura Badań Naukowych Sił Powietrznych (311616-00001), grantem zalążkowym Komitetu Koordynującego ds. Badań nad Rakiem, Narodowym Instytutem Zdrowia (R00 GM12049403, R01GM149976 i R21NS125395) oraz funduszami startowymi Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego . Prace te wykonano częściowo w Infrastrukturze Nanotechnologii w San Diego (SDNI) na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego, będącej członkiem Narodowej Infrastruktury Koordynowanej Nanotechnologii, która była wspierana przez National Science Foundation (grant ECCS-2025752).
