納米隧道電穿孔技術可對細胞精確用藥

據美國物理學家組織網10月16日報導，美國俄亥俄州立大學科學家開發出一種名為「納米隧道電穿孔」的新技術，或稱為NEP。利用其給細胞注射基因治療藥劑時，不用針頭，而是用電脈衝通過微小的納米隧道，幾毫秒內就能把精確劑量的治療用生物分子「注射」到單個活細胞內。該研究發表在最近的《自然·納米技術》雜誌網站上。

長期以來，在進行基因治療時，人們對插入細胞的藥劑數量無法控制，因為人體絕大部分細胞都太小，最小的針頭也無能為力。而「NEP讓我們能研究藥劑和其他生物分子是怎樣影響了細胞的生物和基因路徑的，現有其他技術都無法達到這麼細微的水平。」該校化學與生物分子工程教授詹姆斯·李說。他們用這種方法，將定量的抗癌基因成功插入到白血病細胞中並殺死了它們。

研究人員用聚合物壓製成一種電子設備樣機，用DNA（脫氧核糖核酸）單鏈作為模板來構建納米隧道。詹姆斯·李發明了一種使DNA鏈解旋的技術，並使其按照需要形成精確結構。他們給DNA鏈塗上一層金塗層並加以拉伸，使之連接兩個容器，然後將DNA蝕去，在設備內部留下一條連通兩個容器的尺寸精確的納米隧道。

隧道中的電極將整個設備變成一個微電路，幾百伏特的電脈衝從一個裝藥劑的容器經納米隧道到達另一個裝細胞的容器，在隧道出口處形成了強大的電場，與細胞自身的電荷相互作用，迫使細胞膜打開一個小孔，足夠投放藥物而不會殺死細胞。調整脈衝時間和隧道寬度，就能控制藥物劑量。

為了測試NEP能否遞送活性藥劑，他們把一些治療用RNA（核糖核酸）插入了白血病細胞，發現5毫秒的電脈衝能遞送足夠劑量的RNA殺死這些細胞；而更長的脈衝，如10毫秒，能殺死幾乎所有的白血病細胞。作為對照，他們還插入了一些無害的RNA到白血病細胞中，這些細胞都沒死。

詹姆斯·李指出，由於這種方法一次只能給一個或幾個細胞注射，更適合用在實驗室。目前他們正在開發一種機械式細胞裝載系統，一次能給10萬個細胞注射，有望用於臨床診斷和治療。

「我們希望NEP能最終用於早期癌症檢測與治療，比如在幹細胞或免疫細胞中插入精確劑量的基因或蛋白質，引導它們分化改變，不必擔心過量注射帶來的安全問題，然後把這些細胞放回體內作為一種細胞基礎療法。」詹姆斯·李說，這種方法還可能用於白血病、肺癌及其他腫瘤。