p A membrana que envolve as células atua como uma barreira seletiva, embalar e proteger o conteúdo da célula do ambiente externo e escolher quais substâncias permitir a entrada ou saída da célula. Os cientistas, portanto, têm lutado para desenvolver métodos eficientes de entrega de nanomateriais, como DNA, proteínas e drogas, em células. p Agora, pesquisadores da Universidade da Coreia, em colaboração com a Universidade de Graduação do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST), desenvolveram um método de entrega rápido e eficiente que usa o poder de um minúsculo vórtice de fluido para deformar as membranas celulares. Suas descobertas foram publicadas recentemente no jornal, ACS Nano .

p "Os métodos atuais sofrem de inúmeras limitações, incluindo problemas de escalabilidade, custo, baixa eficiência e citotoxicidade, "disse o professor Aram Chung da Escola de Engenharia Biomédica da Universidade da Coreia, quem conduziu o estudo. "Nosso objetivo era usar microfluídica, onde exploramos o comportamento de minúsculas correntes de água, para desenvolver uma nova solução poderosa para entrega intracelular. "

p O novo dispositivo - um chip microfluídico chamado 'hidroporador espiral' - pode distribuir nanomateriais em cerca de um milhão de células a cada minuto, com eficiência de até 96%. Além disso, todo o processo é realizado sem danificar irreversivelmente as células, com até 94% das células sobrevivendo ao processo.

p "Os chips são realmente acessíveis de fazer e simples de usar, "disse o professor Chung." Basta bombear um fluido contendo as células e os nanomateriais em duas extremidades, e as células - agora contendo o nanomaterial - fluem para fora das outras duas extremidades. Todo o processo leva apenas um minuto. "

p Indo no embalo

p Para criar o dispositivo, os cientistas projetaram os canais do chip microfluídico em uma configuração específica, com uma junção cruzada no centro do chip e duas junções T acima e abaixo.

p Quando os cientistas da Universidade da Coreia estudaram pela primeira vez como as diferentes geometrias de canal e taxas de fluxo afetaram as células, um cenário específico - uma junção cruzada onde fluxos moderadamente fluidos de fluido colidiram de direções opostas - se destacou como peculiar.

p “Vimos um comportamento realmente interessante exibido pelas células, onde eles dançaram no centro do canal cruzado, "disse o professor Chung.

p Ao adicionar um corante fluorescente em um dos fluxos de fluido, os pesquisadores descobriram que um vórtice espiral se formou.

p "Queríamos entender completamente a mecânica dos fluidos causando esse efeito, e a Unidade de Micro / Bio / Nanofluidos liderada pela Professora Amy Shen no OIST já estava trabalhando no problema, "Professor Chung acrescentou.

p Os dois grupos de cientistas, portanto, se uniram. Usando o supercomputador OIST, a unidade OIST desenvolveu e executou simulações de como os fluxos de fluidos opostos interagiam na junção cruzada, em diferentes taxas de fluxo.

p "A uma taxa de fluxo baixa, descobrimos que as duas correntes conflitantes de fluido se separaram simetricamente e fluíram para longe da junção cruzada, conforme documentado na literatura, "disse o cientista do OIST, Dr. Simon Haward. "Contudo, conforme aumentamos a taxa de fluxo, vimos o surgimento de instabilidades que causaram a formação de vários vórtices, eventualmente fundindo-se em um grande vórtice espiral. "

p "Nossa simulação explicou os fenômenos incomuns que o grupo de Chung observou e mostrou exatamente como certos parâmetros, como taxa de fluxo, formação de vórtice afetada, "acrescentou o pesquisador de pós-doutorado do OIST, Dr. Daniel Carlson.

p A formação do vórtice é a chave para a entrega rápida e eficaz de nanomateriais nas células. À medida que cada célula passa para o centro da junção cruzada, a força do vórtice espiral deforma a célula, fazendo com que pequenos nanoholes surjam na membrana. Os nanomateriais no fluido são, então, capazes de se mover para dentro da célula por meio desses nanofuros. As células são então varridas para longe da junção cruzada e colidem com as paredes das junções T, o que causa mais deformação da membrana celular e aumenta a eficiência de entrega. Após a deformação, os nanofuros na membrana se fecham novamente e a membrana é reparada.

p Impulsionando a pesquisa em biologia celular

p Usando hidroporação em espiral, a equipe da Universidade da Coreia foi capaz de entregar nanomateriais específicos nas células, incluindo RNA e nanopartículas de ouro.

p Entrega mais eficiente e de baixo custo de DNA, RNA e proteínas como CRISPR-Cas9 em um grande número de células podem auxiliar na pesquisa de tópicos, incluindo terapia genética, imunoterapia do câncer e células-tronco, Disse Chung.

p Nanopartículas de ouro também podem ser usadas para a entrega de drogas, moléculas de imagem e organelas dentro das células, e para diagnosticar doenças.

p "Geral, há uma vasta gama de aplicações para hidroporação em espiral e o interesse no chip tem sido muito alto, "disse o professor Chung." Os pesquisadores precisam de um método mais eficiente, simples, meios rápidos e de baixo custo de entrega intracelular - nosso chip é um novo e excelente meio para atingir esse objetivo. "