[實驗新技術]讓細胞們坐在金字塔上吧

　　由于細胞膜的阻礙，很多藥品或DNA藥物無法直達細胞內部，因此載體對科學研究和疾病的治療都至關重要。因此前赴后繼的研究人員開發了各種各樣的方式，來欺騙或是迫使細胞膜向藥物開放。這項研究的核心就在于——有效且無副作用的藥物載體。

　　如今，來自哈佛工程與應用學院的研究人員發明了一種新的方法，利用金子（gold microstructures）將各種分子輸入細胞。實現了短時間高效地向數百萬細胞運送功能性分子藥物，將徹底改變基因治療、藥物開發、病毒疾病治療的高通量篩選研究現狀。

　　Nabiha Saklayen是Mazur實驗室的一位PhD研究生，也是本文的第一作者，她說，目前沒有一種藥物運載系統能夠高效地將各種各樣的大分子藥物一次性輸送到細胞中。細胞內的運輸系統需要做到高效、高性價比、安全、可推廣，以及同時還得能夠特異性識別細胞。對任何研究團體來說，這都是一個巨大的挑戰。

　　在以往的研究中，Saklayen和她的同事發現金字塔結構的黃金微粒善于將聚焦激光能量，并將其轉化為電磁熱點（electromagnetic hotspots）。研究小組使用了“模板脫模（template stripping）”的制備方法來為1000萬個微小金字塔制作表面（約14×14毫米）。

　　Mazur實驗室的另外一名PhD研究生，本文的共同作者Marinna Madrid說，這個制造工藝的美妙之處在于，它的操作過程十分簡單。模板脫模使你可以無限次地重復使用硅模板。整個基板的制備時間不到1分鐘，并且制作出來的每個基板的形狀都完全一致。這在納米材料制備中并不常見。

　　研究小組將HeLa細胞直接培育在金字塔的頂端，并用含有藥物分子的溶液將細胞包圍，使用納秒激光加熱金字塔直到金字塔尖端熱點溫度瞬時達到約300攝氏度。這種非常小的局部加熱并不會損傷細胞，只會在金字塔頂端形成一些微小的氣泡。這些氣泡輕輕地進入細胞膜，同時將細胞膜打開一個小孔，使周圍的分子擴散到細胞內。這些小孔的產生時間十分短暫，細胞會自己修復，并且實驗觀察表明它們能夠繼續健康地生存很多天。

　　每只HeLa細胞都坐在大于50個金字塔的頂端，意味著可以在細胞表面制造大約50個微小的孔，并且通過控制激光參數，不僅可以控制氣泡的大小，甚至可以人為地選擇細胞的滲透面。實驗測試了分子量從0.6到2000k Da的化合物分子，通過流式細胞術分析，遞送效率最高可達95%，細胞存活率高達98%，遞送到細胞內的分子（包括蛋白質和抗體）的大小基本相同。該技術的細胞吞吐量達到了5萬細胞/分鐘，還可以根據需要繼續拓展。并且具有很高的成本效益：一塊大面積光刻基板能為數百萬計的細胞遞送外源物質，并且納秒激光的應用降低了這套設備的造價成本和使用難度。

　　研究小組下一步計劃測試不同類型的細胞，包括血細胞、干細胞和T細胞。臨床上，這種技術可以用于體外治療，將不健康的細胞從身體中取出，給予治療藥物（如藥物化合物或DNA），再重新注射回體內。

　　這是一個非常靈活的平臺，哈佛大學技術開發辦公室已經提交了ZL申請，正在考慮商業化機會。