伦斯勒研究人员分析活细胞上的特殊脉冲激光注入过程

专门的脉冲激光器已经用于向多种细胞中注入单个细胞,但是对于这种类型的注入可能如何影响活细胞却鲜为人知。

伦斯勒理工学院的研究人员首次对活细胞进行了纳米级注射过程的分析,发现激光强度的微小变化可能标志着健康细胞与死细胞之间的差异。

研究结果将由伦斯勒物理学的助理教授Ingrid Wilke于2007年6月20日在德国慕尼黑举行的世界光子大会上发表。该研究最初发表于2007年4月的 体检E .

人类疾病从细胞水平开始发展。威尔克说,了解蛋白质或药物成分等物质如何影响单个细胞可以为研究人员提供重要的见解,以了解该物质如何影响整个人体。这使得在细胞水平上的发现极为重要。

新的发现可以作为未来研究的一组指南,这些研究要求对活的单细胞进行精确的显微注射。这样的研究范围从测试药物毒性到通过化学疗法靶向肿瘤细胞。

“该技术将使研究人员能够以前所未有的精度来显微注射细胞,甚至对细胞进行纳米手术,” Wilke said.

“以前的单细胞注射方法存在的问题是细胞活力低和功效低,”威尔克说。包裹哺乳动物细胞的天然保护罩在活细胞中极大地阻碍了其他物理显微注射方法。突破这个坚固而微观的堡垒,同时仍保持牢房活着且不受损坏,已证明是极其困难的。

研究人员使用紧密聚焦的飞秒激光束脉冲在活细胞的细胞壁上形成孔或开口,并鼓励细胞吸收不同的分子。激光束用作“needle”会刺穿细胞周围的保护性皮肤,促使细胞吸收周围的物质。在这种情况下,研究人员使用黄色碘染料作为纳米级“vaccine”因此注射结果可以很容易地在显微图像中查看。

飞秒是百万分之一秒的十分之一。飞秒激光发出的脉冲是如此之快,以至于它以恒定的光束形式出现在肉眼上。激光在光谱的近红外(NIR)部分中发出辐射,这意味着该波长太长,无法被人眼看到。

经过分析,发现飞秒NIR激光可以保持细胞的完整性,Wilke说。但是只能达到一定的强度。

“激光强度和注入速率之间的联系以前没有被深入探讨过,” Wilke said. “我们发现孔的大小高度依赖于激光的强度。通过改变激光的强度,我们可以鼓励细胞摄取所需数量的材料。我们还确定了细胞首次被渗透的强度和细胞被分解的水平。”

研究人员首先显微注射活的牛主动脉细胞。他们能够在细胞内形成不同大小的孔,当激光继续停止脉冲并在激光束停止后关闭时,这些孔将保持打开状态。

随后,他们将实验扩大到包括蛤c卵(Spisula solidissima卵母细胞)。威尔克说,这种形式的显微注射对于由于坚韧的细胞膜而对任何其他形式的物理显微注射具有抵抗力的细胞来说尤其重要。该团队还能够使用飞秒NIR脉冲显微注射蛤micro卵。

研究发现细胞渗透的激光强度为每平方厘米4太瓦。孔径随着强度的增加而变大。当强度超过每平方厘米35兆瓦时,细胞结构崩解,细胞不再存活。

“我们首次展示了孔特性与激光束强度之间的关系,”威尔克说。这种控制水平以前尚未量化,Wilke说它将允许更好地调节注入细胞的分子浓度。

代理教务长兼生物学教授罗伯特·E·帕拉佐(Robert E. Palazzo)和前伦斯勒(Rensselaer)研究生程鹏(Cheng Peng)协助了威尔克的研究。

关于伦斯勒
伦斯勒理工学院成立于1824年,是美国'最古老的科技大学。大学提供学士学位's, master'以及工程,科学,信息技术,建筑,管理以及人文和社会科学的博士学位。学院课程为全球的本科生,研究生和在职专业人员提供服务。伦斯勒大学的教师在广泛领域的研究中享有很高的声誉,尤其是在生物技术,纳米技术,信息技术以及媒体艺术与技术领域。该研究所以其成功地将技术从实验室转移到市场而闻名,以使新发现和发明造福人类生命,保护环境并促进经济发展。

http://www.rpi.edu/

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