通过处理细小的吸水海绵等活细胞，研究人员开发出一种将分子和治疗基因引入人体细胞的新方法。
该技术首先将微流体装置中的细胞快速流过微通道中的一系列微小“减速块”，从细胞内部压缩出少量流体（称为胞质溶胶），从而压缩细胞。然后细胞自然恢复并重新填充自己，吸取周围的液体并拉入混入其中的大分子或基因。尽管突然的碰撞可以将细胞体积减少30%，但细胞迅速反弹，并且不到5%的细胞体验到生存能力损失。
这种新技术被称为细胞体积交换，用于对流转移或细胞VECT。它被认为是第一个通过利用细胞失去并迅速恢复细胞溶质的能力促进高度瞬时细胞体积交换的压缩过程。该研究得到了国家科学基金会，国立卫生研究院和Wallace H. Coulter基金会的支持，并于4月17日在Materials Today发表。
“我们正在利用细胞的固有机械性能，”安娜刘说，博士。佐治亚理工学院Woodruff机械工程学院副教授Todd Sulchek的实验室候选人。“当细胞在一段微妙的时间内突然被压缩时，它们会失去一些体积，细胞与它们周围的液体交换体积，这就是它们能够从环境中对流吸收大分子。”
该技术可用于细胞转染，其中将靶基因引入人细胞以引起细胞通常不会表现的行为，例如蛋白质的表达。有许多将遗传物质引入活细胞的技术，包括使用特殊设计的病毒，但现有技术具有明显的缺点。
广泛的治疗和诊断应用可以受益于大分子的引入，其也可以用作电池制造中的质量控制目的的标记。美国国家科学基金会研究员研究员刘说：“有很多原因希望将分子递送到细胞内部，但是没有很多好的方法来完成它。”
研究人员发现了压缩和体积变化现象，同时开发了根据其机械特性对细胞进行分类的技术。在他们的微流体装置中，压缩迫使较软的细胞向一个方向移动，而较硬的细胞则采取不同的路径。尽管研究集中于癌症检测，但它也对细胞快速压缩时发生的情况产生了新的认识。
“我们的技术根本不依赖于大分子的性质来完成这项工作，”刘解释说。“活动全部是由流体体积对流回流入细胞引起的，流体中的分子恰好是顺流而动的，这使我们能够转移分子而不考虑它们的大小或性质。”
压缩速度至关重要。如果细胞经历更长时间的压缩，它们可以逐渐变形并保持其体积。整个单元VECT压缩和放松过程需要几毫秒，导致单元格突然变形而不保存音量。然而，这个过程对细胞活力几乎没有影响。“我们做了各种测试，看看细胞活力，功能和基因表达是否改变，我们还没有看到任何显着差异，”刘说。
研究人员研究了从前列腺癌到白血病细胞甚至原发性T细胞的各种人类细胞类型。他们开始提供一种多糖，葡聚糖，并跟进了蛋白质，RNA和质粒。为了探索该技术的局限性，他们使用细胞VECT将100纳米颗粒移入细胞。
除了转移现在难以引入细胞的治疗性和诊断性大分子之外，该技术还可以允许更大的大分子物质递送至细胞，为细胞工程和治疗开辟了新的可能性。
“Cell VECT意味着我们不再受到病毒携带的货物大小的限制，”伍德拉夫机械工程学院的副教授，该研究的合作者亚历山大亚历山大说。“这可能会为研究人员开发一种使用更复杂的分子设计活细胞的新方法，货物尺寸不再是关键问题。”
通过将标记分子引入细胞，Sulchek指出，细胞VECT技术还可以为生产治疗细胞的制造过程提供可靠且可重现的质量控制技术。
在未来的工作中，研究人员计划更好地了解该技术的工作原理，研究该过程的参数并长时间观察细胞，以确保没有不良影响。
“还有一个基本的科学理解，我们需要发展，”Sulchek说。“我们想要描述细胞离开细胞的条件，以及它们离开的条件。我们想知道事情的速度有多快，返回的限制以及它们返回时它们在细胞中的位置。”
除了已经提到的研究外，这项研究还包括佐治亚理工学院的Muhymin Islam，Nicholas Stone，Vikram Varadarajan，Jenny Jeong，Samuel Bowie和Peng Qiu以及埃默里大学的Edmund K. Waller。
这项工作得到了NSF Stem Cell Biomanufacturing IGERT，Wallace H. Coulter转化合作研究奖，大学科学家成就奖（ARCS）学者奖，NIH奖1R21CA191243-01A1和美国国家科学基金会研究生奖学金项目的支持。
（选自《医药》期（适用版））