דימות הדופנות הפנימיות של תאים

חוקרים ממשיכים לחשוף דרכים חדשות לשפר את היעילות של ננו-חלקיקים בתור כלים ביו-רפואיים. ננו-חלקיקים הם חלקיקים הקטנים מגודל של 100 ננומטרים. לרוב הם מתקבלים מתוך מתכות ובזכות הגודל הזערורי שלהם הם בעלי תכונות ייחודיות הגורמות להם להיות שימושיים ביישומים ביו-רפואיים

חוקרים ממשיכים לחשוף דרכים חדשות לשפר את היעילות של ננו-חלקיקים בתור כלים ביו-רפואיים. ננו-חלקיקים הם חלקיקים הקטנים מגודל של 100 ננומטרים. לרוב הם מתקבלים מתוך מתכות ובזכות הגודל הזערורי שלהם הם בעלי תכונות ייחודיות הגורמות להם להיות שימושיים ביישומים ביו-רפואיים.

חוקרים מאוניברסיטת טוקיו ממשיכים לחשוף דרכים חדשות לשיפור היעילות של ננו-חלקיקים בתור כלים ביו-רפואיים. לרוב הם מתקבלים מתוך מתכות ובזכות הגודל הזערורי שלהם הם בעלי תכונות ייחודיות הגורמות להם להיות שימושיים ביישומים ביו-רפואיים. אולם, ללא טיפול מיוחד ההופך את פני השטח שלהם לאינרטיים מבחינה ביולוגית, היעילות שלהם די מוגבלת. חוקרים מאוניברסיטת טוקיו הפכו להיות החלוצים בשימוש בפולימרים מסוג MPC (2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine) לשם שינוי פני השטח של ננו-חלקיקים. במאמר שפורסם לאחרונה בכתב העת המדעי Science and Technology of Advanced Materials, החוקרים תיארו את האופנים שבאמצעותם ננו-חליקים פולימריים יכולים לשמש לשם ההעברה של ננו-חלקיקים זעירים מסוג נקודות קוונטיות לתוך התאים עצמם.

פולימרים מסוג MPC הינם מולקולות גדולות העשויות משרשראות של החומר ששמו הכימי הוא 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine. ננו-חלקיקים פעילים ביולוגית אשר פני השטח החיצוני שלהם נקשרו לפולימרים אלו יכולים לשמש בתור תרכובות נוגדות סרטן, נשאים לגנים, חומרי ניגודיות המשפרים את התמונות המתקבלות ממכשיר MRI, וגלאי חלבונים. פולימרים מסוג MPC מחקים את קרומיות התאים ומאפשרים העברה של מולקולות פעילות ביולוגית שבאופן רגיל אינן מסיסות במיוחד במים ואשר עלולות אפילו לגרום לתופעות לוואי בלתי רצויות. כאשר מדענים מחברים את הפולימרים הללו לפני השטח של ננו-חלקיקים אי-אורגניים, הם יכולים להקל על כניסתם של חומרים לתוך הדם או הרקמות השונות בתוך הגוף.

צוות החוקרים מטוקיו החל לאחרונה להשתמש בתהליך זה עבור נקודות קוונטיות במטרה לייצר ננו-חלקיקים המסוגלים להתחרות מבחינת ביצועיהם בחומרי צבע פלואורסצנטיים רגילים בתחום של דימות ביו-רפואי. בעזרת שימוש בשיטת איוד ממס פשוטה, החוקרים הצליחו לייצר ננו-חלקיקים פולימריים המכילים ליבה של נקודות קוונטיות הלכודה בתוך פולימר מסוג PLA העטוף בתורו בנגזרת של פולימר MPC המכונה בשם PMBN. שילוב זה מייצר חלקיקים השומרים על אותה רמת פלואורסצנטיות בתמיסה גם לאחר תקופה של שישה חודשים בטמפרטורה של 4 מעלות צלזיוס. בעוד שחומרי צבע אורגניים רגילים מאבדים את הפלואורסצנטיות שלהם לאחר תקופה מסוימת, הננו-חלקיקים מסוג נקודות קוונטיות לא מאבדים את התפקוד שלהן.

על מנת שיהיו שימושיים, ננו-החלקיקים צריכים להיכנס לתוך התאים. בכדי להשיג זאת, החוקרים בדקו את הביצועים של מספר מולקולות באמצעות הקיבוע שלהן לפני השטח של חלקיקים מסוג PMBN/PLA/נקודות קוונטיות. הניסויים הראו כי כאשר פפטיד החודר לתוך התא בשם R8 – אוקטא-פפטיד העשוי משמונה חומצות אמינו של ארגינין – חובר לננו-החלקיקים, הם הצליחו לחדור לתוך התאים בתוך חמש שעות ללא כל השפעה רעילה או דלקתית על התאים גם לאחר שלושה ימים. ניסויים נוספים הראו כי התאים המכילים בתוכם את הנקודות הקוונטיות התחלקו באופן רגיל, וכי ננו-החלקיקים נחלקו באופן שווה בין תאי הבת לאחר שלב חלוקת התאים. שלא כמו חומרי צבע אורגניים, מצב זה לא החליש את האות הפלואורסצנטי גם לאחר שלושים שעות של חלוקת תאים. “המחקר שלנו מהווה את הדיווח הראשון אי פעם המראה את השימור ארוך הטווח של פעילותם של ננו-החלקיקים בתוך התאים. הכנת ננו-חלקיקים פעילים ביולוגית המחוברים לפולימרים מסוג MPC תוכל לשמש לייצור של ננו-התקנים הנמצאים בתוך התאים תוך בקרה מלאה על התקנים אלו”, מסביר החוקר הראשי.

תקציר המאמר

תאים יכולים לקלוט לתוכם ננו-חלקיקים פולימריים הכולאים בתוכם נקודות קוונטיות המצופות בפולימר פוספוליפידי ופפטידים חודרי תאים. [באדיבות Kazuhiko Ishihara, Weixin Chen, Yihua Liu, Yuriko Tsukamoto and Yuuki Inoue]