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      “為細胞做手術” 天大應用MEMS技術突破靶向細胞藥物導入世界難題

      發布日期:2017-04-27


      本站訊  (記者  靳瑩)近日,天津大學精儀學院微技術團隊在細胞靶向藥物導入方向取得了重要突破,在國際上首次提出了“應用微機電系統(MEMS)薄膜諧振器激發‘特高超聲波(千兆赫茲)’進行靶向細胞藥物導入”的新技術,“為細胞做手術”,實現了多種分子對細胞的精準導入,為傳統的靶向藥物導入技術提供了一種全新的方法,拓展了微機電系統技術在生命科學中的應用。相關研究成果于近日在線發表在微納技術領域國際權威學術刊物《Small》上。
        將目標藥物分子、治療基因和蛋白等外源分子精準高效地導入細胞內部是現代精準醫療和細胞分子生物學研究中的重要技術。傳統的細胞導入依賴化學藥物或者電學刺激,比如我們熟知的“化療”,這樣不僅無法進行選擇性藥物導入,使用中還會引起“細胞免疫應答”,破壞健康細胞,產生較大的副作用。而微納器件具備體積小、功耗低等優點,可植入體內實現選擇性細胞藥物導入,使用微納技術實現單細胞藥物導入已成為現代分子生物學研究的熱點。
        微機電系統(MEMS)是指尺寸在0.5-500微米的可動元件構成的微機電系統。天津大學微技術團隊在國家千人專家龐慰教授的帶領和國家青年千人專家段學欣教授、王艷艷副教授等團隊成員的共同努力下,開展了大量微機電諧振器、傳感器與執行器研究并向生命科學等領域延伸,取得了一批具備自主知識產權的高水平科研成果。
        “應用微機電系統(MEMS)薄膜諧振器激發‘特高超聲波(千兆赫茲)’進行靶向細胞藥物導入”技術是研究團隊通過諧振器激勵產生“特高超聲波”,利用“特高超聲波”的振動高效穩定地在細胞膜上形成小孔,誘導外源物質,如靶向藥物或基因分子進入細胞。特高超聲波對細胞膜的振動壓力約是一般超聲波的60倍,能夠更加均勻的使細胞膜受力,從而實現外源物質可控、精準地導入細胞及細胞核,且本身對細胞無毒副作用。
        研究團隊利用數學和物理模型對高頻體聲波在液體中對細胞的作用進行了理論仿真,揭示了其致細胞膜結構改變的物理機理,并在實驗室中,針對不同濃度、不同尺寸,不同類別的外源物質開展了細胞導入實驗,證實該系統高效率、功耗低、多樣化,導入位置可控,并可實現多靶點、定向化、單細胞的藥物導入,具有傳統藥物導入技術不可比擬的優點,將對醫學體內藥物治療和細胞分子生物學等方向的研究產生重要的影響。
        文章在線發表后,研究團隊立即收到學界大量反饋信息和評議:美國一位醫學院教授認為,“特高超聲技術可控性高,使用方便。通過調控振動參數和振動源與細胞之間的距離,可以有效調整在細胞膜打孔的程度。該技術適用面廣,經檢測可以有效的促進小分子化學藥品,單鏈DNA,雙聯DNA以及閉合環狀質粒的進入細胞,且轉染效果極高。此外這項技術也可應用于96孔板,易于多個實驗組同時進行處理。”加拿大一位生物化學教授認為這項工作“在國際上首次提出了應用MEMS薄膜諧振器激發GHz體聲波在細胞膜上穿孔并進而實現進行細胞的藥物導入的新技術,為細胞的藥物導入和基因轉染提供了一種全新的方法,開拓了MEMS技術在生命科學體系中的又一創新應用。”


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