細(xì)胞內(nèi)遞送是細(xì)胞工程和細(xì)胞治療中的關(guān)鍵步驟。激光誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)遞送比傳統(tǒng)的顯微注射、細(xì)胞融合、電穿孔具有高精度、高通量、非入侵式等優(yōu)點(diǎn),近年來受到越來越多的關(guān)注。激光誘導(dǎo)細(xì)胞膜產(chǎn)生瞬時(shí)微孔,增加細(xì)胞膜的通透性,使貨物透過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。主要介紹了激光利用熱效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)和流體剪切力破壞細(xì)胞膜的原理,其實(shí)施方法分為激光直接作用,激光作用于納米粒子、基底材料或光熱刀去破壞細(xì)胞膜。評(píng)價(jià)了每種方法的優(yōu)缺點(diǎn)并對(duì)激光誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)遞送的前景進(jìn)行了展望。 

【文章來源】：激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2020年13期 北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

激光誘導(dǎo)細(xì)胞膜破裂。（a）熱效應(yīng)；（b）電穿孔；（c）流體剪切力

激光誘導(dǎo)空泡多使用飛秒至納秒脈沖激光器[38]。飛秒脈沖激光器誘導(dǎo)產(chǎn)生的空泡的直徑最大可達(dá)50μm，皮秒和納秒脈沖激光器由于照射時(shí)間更長(zhǎng)，可以產(chǎn)生更大的空泡[39-40]。Rau等[41]使用納秒脈沖激光器[其能量與擊穿閾值（250J/cm2）的比值為0.7～3，脈寬tp=6ns，波長(zhǎng)λ=532nm]進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)的空泡直徑范圍為200～400μm，大于飛秒脈沖激光器所誘導(dǎo)氣泡的10倍，并且單個(gè)微泡收縮、破滅不會(huì)產(chǎn)生定向剪切力。為了解決這個(gè)問題，Sankin等[42]使用脈沖時(shí)間為5ns、波長(zhǎng)分別為1064nm和532nm的兩個(gè)Nd∶YAG激光器產(chǎn)生兩個(gè)串聯(lián)微泡（圖3）。兩個(gè)微泡產(chǎn)生的時(shí)間相差4μs，其反向和耦合振蕩導(dǎo)致在反方向出現(xiàn)定向微射流，從而定點(diǎn)破壞細(xì)胞膜。2.3 激光作用于納米粒子、基底或光熱刀致膜破裂

激光照射金納米粒子（以下簡(jiǎn)稱AuNPs）可以在納米尺度上產(chǎn)生局部加熱、等離子體和瞬態(tài)納米氣泡等一系列現(xiàn)象，從而破壞細(xì)胞膜[43]，如圖4所示。這種方式與激光直接作用于細(xì)胞實(shí)現(xiàn)細(xì)胞增透相比可以最大程度地減少過多的附帶加熱，防止細(xì)胞活力受損。激光通過AuNPs破壞細(xì)胞膜所需要的能量密度遠(yuǎn)低于激光直接破壞細(xì)胞膜所需的能量密度。采用低能量密度激光能同時(shí)覆蓋10～100個(gè)細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)高通量細(xì)胞內(nèi)遞送[44]。傳統(tǒng)的激光照射AuNPs實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)遞送多基于離散細(xì)胞，缺少實(shí)現(xiàn)軟組織內(nèi)細(xì)胞內(nèi)遞送的方法。Doppenberg等[45]制作了插入軟組織并能重復(fù)使用的針狀玻璃光流體探針系統(tǒng)。該探頭錐體長(zhǎng)為3～5mm，錐尖直徑為30～100μm，內(nèi)有兩個(gè)通道，可同時(shí)進(jìn)行激光和液體傳輸，如圖5所示。該系統(tǒng)的工作原理是探針插入軟組織中，蠕動(dòng)泵連接探針將貨物和AuNPs一同泵入軟組織內(nèi)，同時(shí)利用脈沖激光（tp=6ns，λ=532nm）激活A(yù)uNPs致細(xì)胞膜破裂，貨物得以進(jìn)入細(xì)胞。該方法對(duì)軟組織內(nèi)的細(xì)胞進(jìn)行激光誘導(dǎo)，從而實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)遞送，并且不需要將細(xì)胞和納米材料一起孵育，還具有低成本和便攜等優(yōu)點(diǎn)。


本文編號(hào)：2922975