Representação pictórica de (a) células cultivadas em cima de nanotubos de óxido de titânio e (b) fotoporação massivamente paralela usando a interação entre uma matriz de nanotubos e um laser de pulso. Crédito:Toyohashi University of Technology.
Uma equipe de pesquisa do Departamento de Engenharia Mecânica da Toyohashi University of Technology desenvolveu um método de fotoporação assistida por laser de pulso de nanossegundos usando nanotubos de óxido de titânio (TNT) para entrega intracelular altamente eficiente e de baixo custo. Os resultados de suas pesquisas serão publicados no Ciência de Superfície Aplicada em 30 de março de 2021, 148815.
O potencial de entregar moléculas externas em células vivas com alta viabilidade celular e capacidade de transfecção é de grande interesse em biologia celular para diagnóstico, entrega de drogas, e desenvolvimento terapêutico para terapia celular e medicina regenerativa. Ao longo de muitos anos, os sistemas de distribuição de medicamentos avançaram para obter mais controle da dosagem de medicamentos, entrega direcionada, e efeitos colaterais reduzidos. Essas técnicas podem ser classificadas como virais, fisica, ou métodos químicos.
Entre esses métodos, a fotoporação está surgindo e se tornou popular para entrega intracelular nos últimos anos, devido a menos invasividade. Neste método, nanopartículas de ouro, que absorvem luz pulsada, são dispersos em uma solução para perfurar as células, Contudo, os materiais são caros. É desejável usar nanomateriais que sejam menos caros, mantendo a alta eficiência de entrega e a viabilidade celular.
O grupo de pesquisa projetou e fabricou uma matriz de nanotubos econômica para entrega intracelular baseada em fotoporação. Os TNTs foram formados em folhas de titânio em diferentes tensões e tempos usando a técnica de anodização eletroquímica. A espectroscopia de fotoelétrons de raios-X (XPS) revelou a presença de diferentes espécies de óxido de titânio, como TiO 2 e TixOy (TiO / Ti 2 O 3 / Ti 3 O 5 ) Os TNTs formados por diferentes tensões e tempos de anodização tiveram diferentes concentrações dessas espécies de oxidação, juntamente com uma pequena quantidade de metal Ti (Ti0). Devido à formação de defeitos de oxigênio, nanotubos têm propriedades quase metálicas e metálicas. Essas propriedades dos nanotubos podem facilitar a entrega intracelular por vários mecanismos após a irradiação com um laser de pulso de nanossegundos.
Representação esquemática do possível mecanismo de fotoporação em nanotubos de óxido de titânio para entrega de carga. Crédito:Toyohashi University of Technology.
HeLa — células de câncer cervical humano foram cultivadas em TNTs e uma solução biomolecular foi introduzida. Após a exposição a um laser de pulso de 532 nm em nanotubos, entregamos com sucesso iodeto de propídio (PI) e dextrano nas células HeLa - câncer cervical humano com alta eficiência e viabilidade celular.
Os possíveis princípios de perfuração da membrana celular incluem nanobolhas mediadas termicamente, espécies reativas de oxigênio induzidas fotoquímicas (ROS), transferência de calor dos nanotubos para a membrana celular, e aumento do campo eletromagnético de ressonância de plasmon de superfície localizada em cada nanotubo. Isso leva à formação de nanobolhas cavitacionais em cada interface membrana-nanotubo celular que pode crescer rapidamente, coalescer, e colapsar para causar explosões, resultando em perfuração da membrana celular, que permite que as biomoléculas sejam distribuídas de fora para dentro das células. "O mecanismo preciso para a entrega intracelular na fotoporação baseada em TNT ainda não está claro. A entrega intracelular pode acontecer pela combinação dos mecanismos, "diz L. Mohan, um pesquisador, na Toyohashi University of Technology.
Moeto Nagai, o líder da equipe, na Toyohashi University of Technology, acredita que os nanotubos de óxido de titânio podem ser uma plataforma versátil e de baixo custo para entrega intracelular usando laser pulsado. As características proeminentes deste dispositivo têm distribuição uniforme paralela e controlada com alta eficiência e viabilidade celular e é potencialmente aplicável para terapia celular e medicina regenerativa.
