Representación pictórica de (a) células cultivadas sobre nanotubos de óxido de titanio y (b) fotoporación masivamente paralela utilizando la interacción entre una matriz de nanotubos y un láser de pulso. Crédito:Universidad Tecnológica de Toyohashi.
Un equipo de investigación del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad Tecnológica de Toyohashi desarrolló un método de fotoporación asistida por láser de pulso de nanosegundos que utiliza nanotubos de óxido de titanio (TNT) para una administración intracelular altamente eficiente y de bajo costo. Los resultados de su investigación se publicarán en el Ciencia de superficies aplicadas el 30 de marzo de 2021, 148815.
El potencial para entregar moléculas externas en células vivas con alta viabilidad celular y capacidad de transfección es de gran interés en biología celular para diagnóstico. entrega de medicamentos, y desarrollo terapéutico hacia la terapia celular y la medicina regenerativa. A lo largo de muchos años, Los sistemas de administración de fármacos han avanzado para lograr un mayor control de la dosificación de fármacos. entrega dirigida, y efectos secundarios reducidos. Estas técnicas pueden clasificarse como virales, físico, o métodos químicos.
Entre estos métodos, la fotoporación está surgiendo y se ha vuelto popular para la entrega intracelular en los últimos años, debido a la menor invasividad. En este método, nanopartículas de oro, que absorben la luz pulsada, se dispersan en una solución para perforar las células, sin embargo, los materiales son caros. Es deseable usar nanomateriales que sean menos costosos mientras mantienen una alta eficiencia de suministro y viabilidad celular.
El grupo de investigación diseñó y fabricó una matriz de nanotubos rentable para la entrega intracelular basada en fotoporación. Los TNT se formaron en láminas de titanio a diferentes voltajes y tiempos utilizando la técnica de anodización electroquímica. La espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS) reveló la presencia de diferentes especies de óxido de titanio como el TiO 2 y TixOy (TiO / Ti 2 O 3 / Ti 3 O 5 ). Los TNT formados por diferentes voltajes y tiempos de anodización tenían diferentes concentraciones de tales especies de oxidación junto con una cantidad menor de metal Ti (Ti0). Debido a la formación de defectos de oxígeno, Los nanotubos tienen propiedades casi metálicas y metálicas. Estas propiedades de los nanotubos pueden facilitar la administración intracelular mediante varios mecanismos después de la irradiación con un láser de pulso de nanosegundos.
Representación esquemática del posible mecanismo de fotoporación en nanotubos de óxido de titanio para la entrega de carga. Crédito:Universidad Tecnológica de Toyohashi.
HeLa:se cultivaron células de cáncer de cuello uterino humano en TNT y se introdujo una solución biomolecular. Después de la exposición a un láser de pulso de 532 nm en nanotubos, administramos con éxito yoduro de propidio (PI) y dextrano en HeLa:células de cáncer de cuello uterino humano con alta eficiencia y viabilidad celular.
Los posibles principios de la perforación de la membrana celular incluyen nanoburbujas mediadas por calor, Especies reactivas de oxígeno inducidas fotoquímicamente (ROS), transferencia de calor de nanotubos a la membrana celular, y realce de alto campo electromagnético de resonancia de plasmón superficial localizado en cada nanotubo. Esto conduce a la formación de nanoburbujas cavitacionales en cada interfaz entre la membrana celular y los nanotubos que pueden crecer rápidamente. juntarse, y colapsar para provocar explosiones, resultando en la perforación de la membrana celular, lo que permite que las biomoléculas se entreguen desde el exterior al interior de las células. "El mecanismo preciso para la entrega intracelular en la fotoporación basada en TNT aún no está claro. La entrega intracelular puede ocurrir por la combinación de los mecanismos, "dice L. Mohan, un investigador, en la Universidad de Tecnología de Toyohashi.
Moeto Nagai, el líder del equipo, en la Universidad Tecnológica de Toyohashi, cree que los nanotubos de óxido de titanio podrían ser una plataforma versátil y de bajo costo para la administración intracelular utilizando láser pulsado. Las características destacadas de este dispositivo tienen una entrega uniforme paralela y controlada con alta eficiencia y viabilidad celular y es potencialmente aplicable para terapia celular y medicina regenerativa.
