纳米柱在细胞核中形成微小的开口，而不会损伤细胞

想象一下，在不破坏蛋清的情况下，试图在生鸡蛋的蛋黄上戳一个洞。这听起来不可能，但加州大学圣地亚哥分校的研究人员已经开发出一种在活细胞中执行类似精细任务的技术

他们创造了一系列纳米柱，可以破坏细胞核——容纳我们DNA的隔室——而不会破坏细胞的外膜

这项发表在《高级功能材料》上的研究可能为基因治疗开辟新的可能性，在基因治疗中，遗传物质需要直接输送到细胞核中，以及药物输送和其他形式的精准医学

“我们开发了一种工具，可以很容易地创建进入细胞核的门户，”加州大学圣地亚哥分校Aiiso Yufeng Li化学与纳米工程系教授、该研究的高级作者Zeinab Jahed说

原子核的设计是不可穿透的。它的膜是一个高度强化的屏障，保护我们的遗传密码，只让特定的分子通过严格控制的通道进入。Jahed说：“将任何东西放入细胞核并不容易。”。“通过核膜输送药物和基因长期以来一直是一个巨大的挑战。”

目前进入细胞核的方法通常涉及使用一根小针对细胞核和细胞进行物理穿刺。然而，这些方法是侵入性的，只能用于小规模应用

Jahed和她的团队由加州大学圣地亚哥分校纳米工程博士生Ali Sarikhani共同领导，开发了一种无中断的解决方案。他们设计了一系列由纳米级圆柱形结构组成的纳米柱

当细胞放置在这些纳米柱上时，细胞核会包裹在纳米柱上，导致其膜弯曲。这种诱导的弯曲反过来又导致核膜中暂时形成微小的自密封开口。与此同时，细胞的外膜仍然完好无损

Jahed说：“这很令人兴奋，因为我们可以选择性地在核膜上制造这些微小的缺口，直接进入细胞核，同时保持细胞的其余部分完好无损。”

在实验中，细胞核内含有荧光染料的细胞被放置在纳米柱上。研究人员观察到，染料从细胞核泄漏到细胞质中，但仍被限制在细胞内。这表明只有核膜而不是细胞膜被刺破

研究人员在各种细胞类型中观察到了这种效应，包括上皮细胞、心肌细胞和成纤维细胞

该团队目前正在研究这种效应背后的机制。Jahed说：“了解这些细节将是优化临床使用平台的关键，并确保将遗传物质安全有效地输送到细胞核中。” More information: Einollah Sarikhani et al, Engineered Nanotopographies Induce Transient Openings in the Nuclear Membrane, Advanced Functional Materials (2024). DOI: 10.1002/adfm.202410035

Journal information: Advanced Functional Materials