细胞摄动系统医学应用

细胞系注入自由核酸广泛用于药物发现和疾病建模。为了避免基因混合单元数量,调查人员使用稀释技术选择单个细胞,然后将生成相同的行。然而,限制稀释的路线是繁琐和费时。

西北大学研究人员的一项新研究表明Nanofountain探针电穿孔(NFP-E),一个工具,提供分子成单个细胞,可以解决这个问题,并可能导致新的治疗药物筛选和设计不同的课程申请。

领导的团队,西北工程霍雷肖埃斯皮诺萨和包括约书亚·伦纳德,演示了NFP-E——介绍的多功能性DNA或RNA在细胞使用电力。它还可以提供蛋白质和质粒在各种动物和人类细胞类型和剂量控制。团队包括约翰•凯斯勒肯和露丝Davee干细胞生物学和神经学教授和教授在西北大学Feinberg医学院药理学。

新方法可以用来研究疾病或细胞疗法。在前,基因组是被操纵的。在后者中,基因编辑发生在t细胞等细胞与免疫疗法治疗癌症。

采用单细胞电穿孔,将DNA或RNA引入单个细胞的过程中使用脉冲电,短暂开放毛孔在细胞膜中,他们的工作表明NFP-E达到精细控制的相对表达两个co-transfected质粒。此外,通过配对单细胞电穿孔延时荧光成像,调查显示特征时间electro-pore关闭。

“我们展示的潜力NFP-E技术与化学计量控制操纵各种细胞类型的分子货物可用于药物筛选进行广泛的研究,细胞疗法,和合成生物学,”埃斯皮诺萨说,詹姆斯·n和南希·j·法利教授在制造业和创业精神和机械工程教授(礼貌)生物医学工程和土木与环境工程。

目前,生物分子可以以多种方式被传递到细胞:病毒载体;化学运营商,比如cell-penetrating肽和聚合物nano-capsules;lipofectamine,批量电穿孔。

“存在许多策略提供生物分子进入细胞,但每一种都有其局限性,”伦纳德说,化学和生物工程副教授和查尔斯-迪尔岭麦考密克教授教学卓越。“例如,化学运营商带来相对缓慢的交付和可以有细胞毒性;病毒载体通常是有效的但可以导致不良免疫反应和插入基因毒性。使用传统方法通常需要大量努力优化协议根据细胞类型和分子交付,和,因此,容易可概括的生物分子交付策略会提供一些有意义的好处。”

新的NFP-E系统使单细胞DNA, RNA和蛋白质为不同的细胞永生化细胞系以及主要效率超过95%和超过90%的细胞生存能力。

“结果表明,细胞膜再密封时间尺度非线性脉冲电压和电穿孔脉冲的数量,在中间值达到最大,”埃斯皮诺萨说。“这意味着长时间脉冲或高电压似乎并不是有效的分子细胞跨膜运输的必要条件。特性非常重要,在获得高传输效率,同时保持细胞毒性降到最低。”

使用单细胞电穿孔技术,研究人员能够理解传输机制参与本地化electroporation-based细胞取样。无损颞单细胞取样的一个障碍是少量的细胞溶质——细胞内液提取,因此很难测试或检测RNA序列或蛋白质。

研究表明,膜的比例再密封时间是各种电穿孔参数的函数,提供洞察post-pulse electro-pore动力学。

“工作地址需要理解增加cytosol-sampled数量的方法,不影响细胞,”埃斯皮诺萨说。“能够指导研究团体在设计实验旨在electroporation-based抽样时间细胞的细胞内分子分析。”

这一研究与以前的工作,开发了一种微创的方法来样细胞可以重复很多次了。早些时候的调查,使用电动脉冲从胞液中提取酶,帮助理解孔隙形成的动力学和关闭。

参考:Nathamgari SSP,帕沙克N, Lemaitre V, et al . Nanofountain探针电穿孔使通用的单一细胞胞内交付和调查Postpulse Electropore动力学。SmallBC,2020年。doi:10.1002 / smll.202002616

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