[实验新技术]让细胞们坐在金字塔上吧

　　由于细胞膜的阻碍，很多药品或DNA药物无法直达细胞内部，因此载体对科学研究和疾病的治疗都至关重要。因此前赴后继的研究人员开发了各种各样的方式，来欺骗或是迫使细胞膜向药物开放。这项研究的核心就在于——有效且无副作用的药物载体。

　　如今，来自哈佛工程与应用学院的研究人员发明了一种新的方法，利用金子（gold microstructures）将各种分子输入细胞。实现了短时间高效地向数百万细胞运送功能性分子药物，将彻底改变基因治疗、药物开发、病毒疾病治疗的高通量筛选研究现状。

　　Nabiha Saklayen是Mazur实验室的一位PhD研究生，也是本文的第一作者，她说，目前没有一种药物运载系统能够高效地将各种各样的大分子药物一次性输送到细胞中。细胞内的运输系统需要做到高效、高性价比、安全、可推广，以及同时还得能够特异性识别细胞。对任何研究团体来说，这都是一个巨大的挑战。

　　在以往的研究中，Saklayen和她的同事发现金字塔结构的黄金微粒善于将聚焦激光能量，并将其转化为电磁热点（electromagnetic hotspots）。研究小组使用了“模板脱模（template stripping）”的制备方法来为1000万个微小金字塔制作表面（约14×14毫米）。

　　Mazur实验室的另外一名PhD研究生，本文的共同作者Marinna Madrid说，这个制造工艺的美妙之处在于，它的操作过程十分简单。模板脱模使你可以无限次地重复使用硅模板。整个基板的制备时间不到1分钟，并且制作出来的每个基板的形状都完全一致。这在纳米材料制备中并不常见。

　　研究小组将HeLa细胞直接培育在金字塔的顶端，并用含有药物分子的溶液将细胞包围，使用纳秒激光加热金字塔直到金字塔尖端热点温度瞬时达到约300摄氏度。这种非常小的局部加热并不会损伤细胞，只会在金字塔顶端形成一些微小的气泡。这些气泡轻轻地进入细胞膜，同时将细胞膜打开一个小孔，使周围的分子扩散到细胞内。这些小孔的产生时间十分短暂，细胞会自己修复，并且实验观察表明它们能够继续健康地生存很多天。

　　每只HeLa细胞都坐在大于50个金字塔的顶端，意味着可以在细胞表面制造大约50个微小的孔，并且通过控制激光参数，不仅可以控制气泡的大小，甚至可以人为地选择细胞的渗透面。实验测试了分子量从0.6到2000k Da的化合物分子，通过流式细胞术分析，递送效率最高可达95%，细胞存活率高达98%，递送到细胞内的分子（包括蛋白质和抗体）的大小基本相同。该技术的细胞吞吐量达到了5万细胞/分钟，还可以根据需要继续拓展。并且具有很高的成本效益：一块大面积光刻基板能为数百万计的细胞递送外源物质，并且纳秒激光的应用降低了这套设备的造价成本和使用难度。

　　研究小组下一步计划测试不同类型的细胞，包括血细胞、干细胞和T细胞。临床上，这种技术可以用于体外治疗，将不健康的细胞从身体中取出，给予治疗药物（如药物化合物或DNA），再重新注射回体内。

　　这是一个非常灵活的平台，哈佛大学技术开发办公室已经提交了ZL申请，正在考虑商业化机会。