近日，天津大學(xué)精密儀器學(xué)院微技術(shù)團隊在這一領(lǐng)域取得了開拓性成果。通過為細胞“做手術(shù)”的科學(xué)方法，為傳統(tǒng)靶向藥物導(dǎo)入技術(shù)創(chuàng)造新技術(shù)。
天津大學(xué)精儀學(xué)院微技術(shù)團隊在細胞靶向藥物導(dǎo)入方向取得重要突破，在國際上首次提出“應(yīng)用微機電系統(tǒng)（MEMS）薄膜諧振器激發(fā)‘特高超聲波（千兆赫茲）’進行靶向細胞藥物導(dǎo)入”的新技術(shù)。他們通過為細胞“做手術(shù)”，實現(xiàn)了多種分子對細胞的精準導(dǎo)入，為傳統(tǒng)的靶向藥物導(dǎo)入技術(shù)提供了一種全新的方法，拓展了微機電系統(tǒng)技術(shù)在生命科學(xué)中的應(yīng)用。相關(guān)研究成果于近日在線發(fā)表于微納技術(shù)領(lǐng)域國際權(quán)威學(xué)術(shù)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(dǎo)入細胞內(nèi)部是現(xiàn)代精準醫(yī)療和細胞分子生物學(xué)研究中的重要技術(shù)。傳統(tǒng)的細胞導(dǎo)入依賴化學(xué)藥物或者電學(xué)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(dǎo)入，使用中還會引起“細胞免疫應(yīng)答”，破壞健康細胞，產(chǎn)生較大的副作用。而微納器件具備體積小、功耗低等優(yōu)點，可植入體內(nèi)實現(xiàn)選擇性細胞藥物導(dǎo)入，使用微納技術(shù)實現(xiàn)單細胞藥物導(dǎo)入已成為現(xiàn)代分子生物學(xué)研究的熱點。
微機電系統(tǒng)（MEMS）是指尺寸在 0.5~500 微米的可動元件構(gòu)成的微機電系統(tǒng)。天津大學(xué)微技術(shù)團隊在教授龐慰、段學(xué)欣和副教授王艷艷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(zhí)行器研究并向生命科學(xué)等領(lǐng)域延伸，取得了一批具備自主知識產(chǎn)權(quán)的高水平科研成果。
據(jù)悉，該項新技術(shù)是研究團隊通過諧振器激勵產(chǎn)生“特高超聲波”，利用“特高超聲波”的振動高效穩(wěn)定地在細胞膜上形成小孔，誘導(dǎo)外源物質(zhì)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，能夠更加均勻地使細胞膜受力，從而實現(xiàn)外源物質(zhì)精準地導(dǎo)入細胞及細胞核，且本身對細胞無毒副作用。
該研究團隊利用數(shù)學(xué)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，揭示其導(dǎo)致細胞膜結(jié)構(gòu)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(zhì)開展了細胞導(dǎo)入實驗，結(jié)果證實該系統(tǒng)效率高、功耗低、多樣化，導(dǎo)入位置可控，并可實現(xiàn)多靶點、定向化、單細胞的藥物導(dǎo)入，具有傳統(tǒng)藥物導(dǎo)入技術(shù)不可比擬的優(yōu)點。
