Desenho e operação do NES. (A) As células são cultivadas na membrana NS em uma geometria de placa de poço. (B) O reagente de entrega é colocado sob o fundo do reservatório. Um campo elétrico é aplicado entre o eletrodo de platina e ITO para entregar moléculas exógenas às células. (C) Esquema do mecanismo de entrega de NES. As moléculas abaixo da membrana NS são eletroforeticamente injetadas nas células de interesse através do NS. A concentração administrada (Cin) está em relação quadrática com a intensidade da voltagem que é aplicada às células (V) e é proporcional à concentração de moléculas exógenas (Cex) e à duração da entrega. (D) Imagem SEM do NS projetando-se da membrana. Barra de escala, 300 nm. Crédito: Avanços da Ciência (2018). DOI:10.1126 / sciadv.aat8131
Os pesquisadores podem projetar a molécula perfeita para editar um gene, tratar o câncer ou orientar o desenvolvimento de uma célula-tronco, mas nada disso importará no final se eles não conseguirem colocar suas moléculas nas células humanas que desejam manipular. A solução para esse problema, descrito em um estudo publicado em 31 de outubro em Avanços da Ciência , podem ser nanostradas minúsculas, minúsculas protuberâncias parecidas com vidro que fazem orifícios igualmente minúsculos nas paredes das células para entregar sua carga.
Uma equipe liderada por Nicholas Melosh, professor associado de ciência e engenharia de materiais, começou a testar nanotransformações há cerca de cinco anos, usando linhas de células relativamente resistentes derivadas de câncer, células de camundongo e outras fontes. Agora, Melosh e colegas mostraram que a técnica também funciona em células humanas, um resultado que poderia acelerar a pesquisa médica e biológica e um dia melhorar a terapia genética para doenças dos olhos, sistema imunológico ou câncer.
"O que você está vendo é um grande impulso para a terapia genética e imunoterapia contra o câncer, "disse Melosh, que também é membro do Stanford Bio-X, Stanford ChEM-H e o Instituto de Neurociências Wu Tsai, mas as técnicas existentes não são o desafio de entregar materiais a todos os tipos de células humanas relevantes, especialmente as células imunológicas. "Eles são realmente resistentes em comparação com quase todas as outras células que manipulamos, " ele disse.
Atravessando a membrana celular
A ideia de transportar produtos químicos através da membrana celular e para dentro da própria célula não é nova, mas existem vários problemas com os métodos em que os cientistas confiaram até agora. Em um método comum, chamada eletroporação, pesquisadores usam uma corrente elétrica para abrir buracos nas paredes celulares através dos quais moléculas como DNA ou proteínas podem se difundir, mas o método é impreciso e pode matar muitas das células com as quais os pesquisadores estão tentando trabalhar.
Em outro método, pesquisadores usam vírus para transportar a molécula de interesse através de uma parede celular, mas o próprio vírus traz riscos. Embora existam métodos semelhantes que substituem os vírus por produtos químicos mais benignos, eles são menos precisos e eficazes.
Essa era a situação até apenas cinco ou seis anos atrás, quando Melosh e seus colegas descobriram uma nova maneira de colocar moléculas nas células, com base na experiência da Melosh em nanomateriais. Eles usariam eletroporação, mas faça-o de uma forma muito mais precisa com nanotransformações, que devido ao seu relativamente longo, o perfil estreito ajuda a concentrar as correntes elétricas em um espaço muito pequeno.
No momento, eles testaram essa técnica em células animais sentadas em cima de uma cama de nanoestras. Quando ligaram a corrente elétrica, os nanostros abriram minúsculos, poros de tamanho regular na membrana celular - o suficiente para que as moléculas possam entrar, mas não o suficiente para causar danos sérios.
A corrente elétrica também tinha outro propósito. Em vez de esperar que as moléculas flutuem aleatoriamente pelos poros recém-abertos, a corrente atraiu moléculas diretamente para a célula, aumentando a velocidade e precisão do processo. A questão na época era se a técnica seria tão eficaz nos tipos de células humanas que os médicos precisariam manipular para tratar doenças.
Mais rápido, Mais seguro, Mais preciso
No novo jornal, Melosh e equipe mostraram que a resposta era sim - eles entregaram com sucesso moléculas em três tipos de células humanas, bem como células cerebrais de camundongos, todos os quais foram difíceis de trabalhar no passado.
O que mais, o método era mais preciso, mais rápido e seguro do que outros métodos. A técnica nanostraw levou apenas 20 segundos para entregar moléculas às células, em comparação com os dias para alguns métodos, e matou menos de dez por cento das células, uma grande melhoria em relação à eletroporação padrão.
Melosh e seu laboratório estão agora trabalhando para testar o método nanostraw em alguns dos mais difíceis de trabalhar com células ao redor, células imunes humanas. Se eles tiverem sucesso, pode ser um grande passo não apenas para cientistas que desejam modificar células para fins de pesquisa, mas também para médicos que procuram tratar o câncer com imunoterapia, que agora envolve a modificação das células imunológicas de uma pessoa usando métodos virais. Nanostraws não só evitaria esse perigo, mas poderia potencialmente acelerar o processo de imunoterapia e reduzir seu custo, também, Melosh disse.
