天津大學(xué)為細(xì)胞“做手術(shù)”

 近日，天津大學(xué)精儀學(xué)院微技術(shù)團(tuán)隊(duì)在細(xì)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(jī)電系統(tǒng)（MEMS）薄膜諧振器激發(fā)‘特高超聲波（千兆赫茲）’進(jìn)行靶向細(xì)胞藥物導(dǎo)入”的新技術(shù)。他們通過為細(xì)胞“做手術(shù)”，實(shí)現(xiàn)了多種分子對細(xì)胞的精準(zhǔn)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(jī)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(biāo)藥物分子、治療基因和蛋白等外源分子精準(zhǔn)高效地導(dǎo)入細(xì)胞內(nèi)部是現(xiàn)代精準(zhǔn)醫(yī)療和細(xì)胞分子生物學(xué)研究中的重要技術(shù)。傳統(tǒng)的細(xì)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(jìn)行選擇性藥物導(dǎo)入，使用中還會(huì)引起“細(xì)胞免疫應(yīng)答”，破壞健康細(xì)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(diǎn)，可植入體內(nèi)實(shí)現(xiàn)選擇性細(xì)胞藥物導(dǎo)入，使用微納技術(shù)實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞藥物導(dǎo)入已成為現(xiàn)代分子生物學(xué)研究的熱點(diǎn)。 
微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）是指尺寸在 0.5~500 微米的可動(dòng)元件構(gòu)成的微機(jī)電系統(tǒng)。天津大學(xué)微技術(shù)團(tuán)隊(duì)在教授龐慰、段學(xué)欣和副教授王艷艷等團(tuán)隊(duì)成員的共同努力下，開展了大量微機(jī)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(shí)產(chǎn)權(quán)的高水平科研成果。 
據(jù)悉，該項(xiàng)新技術(shù)是研究團(tuán)隊(duì)通過諧振器激勵(lì)產(chǎn)生“特高超聲波”，利用“特高超聲波”的振動(dòng)高效穩(wěn)定地在細(xì)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(jìn)入細(xì)胞。特高超聲波對細(xì)胞膜的振動(dòng)壓力約是一般超聲波的 60 倍，能夠更加均勻地使細(xì)胞膜受力，從而實(shí)現(xiàn)外源物質(zhì)精準(zhǔn)地導(dǎo)入細(xì)胞及細(xì)胞核，且本身對細(xì)胞無毒副作用。 
該研究團(tuán)隊(duì)利用數(shù)學(xué)和物理模型對高頻體聲波在液體中對細(xì)胞的作用進(jìn)行了理論仿真，揭示其導(dǎo)致細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)改變的物理機(jī)理，并在實(shí)驗(yàn)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(xì)胞導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證實(shí)該系統(tǒng)效率高、功耗低、多樣化，導(dǎo)入位置可控，并可實(shí)現(xiàn)多靶點(diǎn)、定向化、單細(xì)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(diǎn)。