Sejtsebészet lézeres nanopengével

Illusztráció

Kaliforniai tudósok olyan eszközt fejlesztettek ki, amely a másodperc törtrészére parányi lyukat nyit a sejtek burkolatán. A nyíláson át bármit bejuttathatnak, ami a kutatás vagy orvoslás szempontjából érdekes – például módosított sejtszervecskéket, amelyek súlyos öröklött betegségeket gyógyítanak.

A kutatók régóta szerették volna úgy feltárni a sejtek működésének rejtett titkait, hogy egyes alkotóelemeket kiemelnek a sejt belsejéből, majd módosítást követően visszahelyezik őket a sejtbe. Mindeddig nemigen voltak adottak a technikai feltételek az effajta vizsgálatok kivitelezéséhez, ám a helyzet most megváltozhat: a Cell Metabolism május 10-i számában olyan nanopenge kifejlesztéséről adtak hírt amerikai kutatók, amely

lehetővé teszi a sejthártya felnyitását és az energiatermelő sejtszervecske, a mitokondrium bejuttatását a sejt belsejébe.

A University of California, Los Angeles (UCLA) tudósai korábban már használták a technológiát másféle alkotórészek sejtek közötti átvitelére, és bíznak abban, hogy nanopengéjüket hamarosan piacra dobhatják, amely így a biotechnológiai laboratóriumok szélesebb körében is alkalmazást nyerhet majd.

Illusztráció Forrás: Cultura Creative/Andrew Brookes AB Still Ltd/Rafe Swan

Mitokondriumok „pakolása”

„Mint a sejtek szerkesztésének, egészségügyi és kutatási célú módosításának új eszköze, a nanopenge igazán egyedi lehetőségeket kínál” – nyilatkozta Mike Teitell patológus, a UCLA biomérnöke. –

Eddig nem találtunk olyan apró sejtalkotót a néhány mikrométeres mérettartományig felmenőleg, amelyet ne tudtunk volna a nanopengével a sejtekbe juttatni.”

A nanopenge ötletével Teitell és kollégája, Pei-Yu Eric Chiou először néhány évvel ezelőtt állt elő. Céljuk akkor egy olyan eszköz kidolgozása volt, amelynek segítségével a sejtmagot lehet egyik sejtből a másikba átjuttatni. Ám hamarosan egy számukra is új kutatási területen, az őssejtbiológia és az energiatermelő anyagcsere határvidékén találták magukat, ahol kézenfekvő volt a technikát a mitokondriumok módosítására és átültetésére felhasználni.

Mitokondrium számítógépes illusztrációja Forrás: AFP/Science Photo Library

A mitokondriumok mint ún. szemiautonóm (félig önálló) sejtszervecskék saját – igaz, meglehetősen redukált – génállománnyal rendelkeznek, és ahogy a sejtmagi gének meghibásodása, úgy a mitokondriális gének mutációi is súlyos betegségeket okozhatnak. A mitokondriális génhibák hatásának tanulmányozása és korrigálása azonban többféle speciális nehézséget támaszt.

„A sejtekben lakó mitokondriumok DNS-ének módosítása az a szűk keresztmetszet, amely lelassítja az előrehaladást ezen a kutatási területen” – magyarázza Teitell. – „Ezért egy kétlépéses eljáráson dolgozunk, melynek során először átszerkesztjük a sejtekből kiemelt mitokondriumok génjeit, majd a módosított mitokondriumokat visszajuttatjuk a sejtbe.

Az első lépéssel még birkózunk, de a másodikat a nanopenge révén már megnyugtatóan megoldottuk.”

Összetett berendezés

A nanopenge összetett berendezés, amely egy mikroszkópból, egy lézerből és egy titánnal bevont mikropipettából áll; ez utóbbi tölti be a joystick-kal precízen irányítható penge szerepét. Amikor a titánra lézerimpulzust irányítanak, a fém felmelegszik, és a környező folyadék gőzzé alakulva buborékot képez. Ha mindez a sejt felszínének a közvetlen közelében történik, a villámgyorsan táguló buborék által milliomod másodperc alatt létrehozott óriási erő átszakítja a sejthártyát, és létrehozza azt a néhány mikrométeres átjárót, amelyen keresztül a „szállítmány” – jelen esetben a mitokondrium – átpréselhető. A következő szempillantásban a sejthártya már össze is zárul a becsempészett rakomány mögött.

Két mitokondrium elektronmikroszkópos képe Forrás: Wikipedia Commons

Teitell, Chiou és munkatársaik a nanopenge segítségével emberi emlőrák- és embrionális vesesejtekből származó jelölt mitokondriumokat juttattak olyan sejtekbe, amelyek nem rendelkeztek saját mitokondriális DNS-sel. Mikor később kielemezték e sejtek magi és mitokondriális DNS-ét, azt találták, hogy a beoperált mitokondriumok a sejtek 2 százalékában sikeresen szaporodásnak indultak, és változó mértékben bár, de működőképesnek is bizonyultak. A mitokondriumok bevitelére korábban alkalmazott módszerek sokkal kevésbé voltak kontrollálhatók, a transzfer sikerrátája pedig 0.0001 és 0.5 százalék között változott – állítják a kutatók.

Chiou szerint a mitokondriális átvitel sikerarányának javítása rendkívül biztató fejlemény.

Számomra a nanopenge legizgalmasabb alkalmazásának a mitokondriumok és a fertőző betegségek tanulmányozása ígérkezik”

– tette hozzá.

A csoport tervei túlmutatnak a módosított mitokondriumok egyedi bevitelén: máris kidolgoztak egy olyan nagy áteresztőképességű, automatizált rendszert, amely számos sejtbe képes egyidejűleg bejuttatni a megfelelő mérettartományba eső bármilyen részecskét. Teitell elmondása szerint olyan technikai megoldáson dolgoznak, amely bárki számára könnyen használható, és lehetővé teszi mindenfajta, néhány mikrométeres vagy annál kisebb részecske – ellenanyagok, kórokozók, szintetikus anyagok, vagy bármi egyéb – sejtekbe juttatását.