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“为细胞做手术”天津大学应用微机电系统技术突破靶向细胞药物导入世界难题
来源: 基础研究处          ( 2017-03-17 )
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  近日,天津大学精仪学院微技术团队在细胞靶向药物导入方向取得重要突破,在国际上首次提出“应用微机电系统(MEMS)薄膜谐振器激发‘特高超声波(千兆赫兹)’进行靶向细胞药物导入”的新技术。他们通过为细胞“做手术”,实现了多种分子对细胞的精准导入,为传统的靶向药物导入技术提供了一种全新的方法,拓展了微机电系统技术在生命科学中的应用。相关研究成果于近日在线发表于微纳技术领域国际权威学术刊物《Small》上。

  将目标药物分子、治疗基因和蛋白等外源分子精准高效地导入细胞内部是现代精准医疗和细胞分子生物学研究中的重要技术。传统的细胞导入依赖化学药物或者电学刺激,比如红姐统一彩图熟知的“化疗”,这样不仅无法进行选择性药物导入,使用中还会引起“细胞免疫应答”,破坏健康细胞,产生较大的副作用。而微纳器件具备体积小、功耗低等优点,可植入体内实现选择性细胞药物导入,使用微纳技术实现单细胞药物导入已成为现代分子生物学研究的热点。

  微机电系统(MEMS)是指尺寸在0.5-500微米的可动元件构成的微机电系统。天津大学微技术团队在教授庞慰、段学欣和副教授王艳艳等团队成员的共同努力下,开展了大量微机电谐振器、传感器与执行器研究并向生命科学等领域延伸,取得了一批具备自主知识产权的高水平科研成果。

  据悉,该项新技术是研究团队通过谐振器激励产生“特高超声波”,利用“特高超声波”的振动高效稳定地在细胞膜上形成小孔,诱导外源物质如靶向药物或基因分子进入细胞。特高超声波对细胞膜的振动压力约是一般超声波的60倍,能够更加均匀地使细胞膜受力,从而实现外源物质精准地导入细胞及细胞核,且本身对细胞无毒副作用。

  该研究团队利用数学和物理模型对高频体声波在液体中对细胞的作用进行了理论仿真,揭示其导致细胞膜结构改变的物理机理,并在实验室中针对不同浓度、不同尺寸、不同类别的外源物质开展了细胞导入实验,结果证实该系统效率高、功耗低、多样化,导入位置可控,并可实现多靶点、定向化、单细胞的药物导入,具有传统药物导入技术不可比拟的优点。

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