Laser-fired gold pyramids could help tackle cancer / Piramidi d'oro riscaldate col Laser potrebbero contribuire ad affrontare il cancro.

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Joseph Cotellessa

(Credit: Harvard SEAS)

Harvard researchers have been able to harmlessly penetrate cancer cells using laser-activated gold nanopyramids.

By heating the tips of the pyramids to 300°C with nanosecond laser pulses, the team created tiny bubbles that could push into cell membranes without causing damage. The brief opening of cell pores allowed surrounding molecules to diffuse into the cell. Published in the journal ACS Nano, the work has wide-ranging implications for healthcare.
“Being able to effectively deliver large and diverse cargos directly into cells will transform biomedical research,” said first author Nabiha Saklayen, a PhD candidate from the Harvard John A Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS).
“However, no current single delivery system can do all the things you need to do at once. Intracellular delivery systems need to be highly efficient, scalable, and cost-effective while at the same time able to carry diverse cargo and deliver it to specific cells on a surface without damage. It’s a really big challenge.”
Saklayen and her colleagues had previously demonstrated that the gold microstructures are very good at focusing laser energy into electromagnetic hotspots. Using a fabrication method called template stripping, the team was able to populate a surface the size of a US quarter with 10 million of the tiny pyramids.
“The beautiful thing about this fabrication process is how simple it is,” said Marinna Madrid, Harvard SEAS PhD candidate and co-author of the paper. “Template-stripping allows you to reuse silicon templates indefinitely. It takes less than a minute to make each substrate, and each substrate comes out perfectly uniform. That doesn’t happen very often in nanofabrication.”

A scanning-electron microscope image of HeLa cancer cells on the substrate (Credit: Harvard SEAS)
Un'immagine ottenuta col microscopio a scansione elettronica delle cellule tumorali HeLa sul substrato.

The team cultured HeLa cancer cells directly on the pyramids and surrounded the cells with a solution containing molecular cargo. Each HeLa cancer cell sat atop about 50 pyramids, meaning the researchers could make about 50 tiny pores in each cell. The researchers could also tweak the size of the bubbles by adjusting the laser parameters, and control which side of the cell to penetrate.
According to the team, the molecules delivered into the cell were about the same size as clinically relevant cargos, including proteins and antibodies. The technology, for which patent applications have been filed, will now be tested on different cell types, including blood cells, stem cells and T cells.
“This work is really exciting because there are so many different parameters we could optimise to allow this method to work across many different cell types and cargos,” said Saklayen. “It’s a very versatile platform.”

ITALIANO

I ricercatori di Harvard sono stati in grado di penetrare in modo innocuo cellule tumorali utilizzando nanopyramids di oro attivate col laser.

Riscaldando le punte delle piramidi a 300 ° C con impulsi laser di durata del nanosecondo, il gruppo ha creato piccole bolle che potrebbero entrare nelle membrane cellulari senza causare danni. La breve apertura dei pori cellulari ha consentito alle molecole circostanti di diffondersi nella cellula. Pubblicato sulla rivista ACS Nano, il lavoro ha implicazioni di vasta portata per l'assistenza sanitaria.
“Essere in grado di fornire in modo efficace farmaci di grandi e diverse dimensioni  direttamente nelle cellule trasformerà la ricerca biomedica”, ha detto il primo autore Nabiha Saklayen, dottoranda presso la Harvard John A Paulson Facoltà di Ingegneria e Scienze Applicate (SEAS).
“Tuttavia, nessun sistema di rilascio unico è in grado di fare tutte le cose che dovete fare in una sola volta. I sistemi di erogazione intracellulari devono essere altamente efficienti, scalabili e convenienti, mentre allo stesso tempo devono essere in grado di svolgere diverse carichi e consegnarli a cellule specifiche su una superficie senza danni. E' davvero un grande sfida.”
Saklayen e i suoi colleghi avevano in precedenza dimostrato che le microstrutture d'oro sono molto brave a concentrare l'energia laser in punti di attivazione elettromagnetici. Utilizzando un metodo di fabbricazione chiamato modello di strippaggio, il gruppo è stato in grado di popolare una superficie delle dimensioni di un quarto degli Stati Uniti con 10 milioni di minuscole piramidi.
“La cosa bella di questo processo di fabbricazione è quanto esso sia semplice”, ha detto Marinna Madrid, Harvard SEAS dottorando e co-autore del documento. “Template-strippaggio consente di riutilizzare i modelli di silicio a tempo indeterminato. Ci vuole meno di un minuto per ogni substrato, e ogni substrato esce perfettamente uniforme. Questo non accade molto spesso nella nanofabbricazione.”

Il gruppo ha svulippato in coltura cellule tumorali HeLa direttamente sulle piramidi e ha circondato le cellule con una soluzione contenente carico molecolare. Ogni cellula tumorale HeLa si è posizionata in cima a circa 50 piramidi, cioè i ricercatori hanno potuto fare circa 50 minuscoli pori in ogni cellula. I ricercatori potrebbero anche modificare la dimensione delle bolle regolando i parametri di controllo del fascio laser della cellula da penetrare.
Secondo il gruppo, le molecole forniti nella cellula avevano circa le stesse dimensioni di carichi clinicamente rilevanti, comprese le proteine e gli anticorpi. La tecnologia, per la quale sono state depositate domande di brevetto, sarà ora testato su differenti tipi cellulari, comprese le cellule del sangue, le cellule staminali e le cellule T.
“Questo lavoro è davvero emozionante perché ci sono così tanti diversi parametri da ottimizzare per consentire a questo metodo di lavorare in molti tipi di cellule differenti e carichi clinicamente rilevanti”, ha detto Saklayen. “E 'una piattaforma molto versatile.”

Da:

https://www.theengineer.co.uk/laser-fired-gold-pyramids-could-help-tackle-cancer/?cmpid=tenews_3231505