Fluorescerende nanodiamanten werden met succes in levende cellen geïnjecteerd

SEM-afbeelding van de FND die in deze studie is gebruikt. Credit: Klein (2021). DOI: 10.1002 / smll.202006421

Hoe vreemd het ook klinkt, veel wetenschappers hebben geprobeerd extreem kleine diamanten in levende cellen te plaatsen. Waarom? Omdat nanodiamanten constant helder zijn en ons gedurende een lange tijd unieke kennis kunnen geven over het innerlijke leven van cellen. Nu zijn natuurkundigen van de universiteit van Lund in Zweden erin geslaagd een groot aantal nanodiamanten rechtstreeks in de cel te injecteren.

Diamanten zijn niet alleen gewild vanwege hun schoonheid, maar ook vanwege hun unieke lichtgevende eigenschappen, althans onder wetenschappers. In tegenstelling tot andere fluorescerende materialen bleken ze niet.

“We beschouwen ze eigenlijk als een kleurstof. Bovendien zijn ze biocompatibel”, zegt Elke Hebisch, onderzoeker aan de vaste stof fysica aan de universiteit van Lund.

Samen met professor Christelle Prinz heeft ze fluorescerende diamanten van nanoformaat “geïnjecteerd” in levende cellen.

Als onderzoeker heeft het hebben van een dergelijke reporter in een cel veel voordelen: nieuwe kennis opdoen over de cel, maar ook monitoren wat er in de cel gebeurt in de loop van de tijd.

“Vooral dat laatste zou een grote stap vooruit zijn, aangezien het momenteel mogelijk is om snapshots te maken van bijvoorbeeld eiwitten in een cel, maar moeilijk te volgen veranderingen in de tijd”, legt Elke Hebisch uit.

Wat zouden onderzoekers willen weten? Het kan gaan om het scheiden van gezonde cellen van zieke cellen, het richten van ziekteverwekkende eiwitten en andere eiwitten binnen een specifieke cel, of het monitoren van variaties in temperatuur en pH-waarden. De opgedane kennis kan puur fundamenteel onderzoek zijn, maar kan ook worden gebruikt om ziekten te begrijpen en medicijnen te ontwikkelen.

Snelle en zeer efficiënte intracellulaire afgifte van FND via nanostraw-geassisteerde injectie, in vergelijking met FND-afgifte met lage opbrengst door incubatie. a) Bovenpaneel: schema’s van de intracellulaire FND-afgifte via incubatie. Middelste en onderste paneel: confocale fluorescentiemicroscopiebeelden (xy-, xz- en yz-scans) van levende A549-cellen na 1 en 24 uur incubatie in FND-bevattend medium. b) Bovenpaneel: schema’s van door nanostraw ondersteunde FND-injecties. Onderste paneel: Confocale fluorescentiemicroscopie afbeelding van levende cellen op nanostroken afgebeeld 5 minuten na FND-levering. In alle afbeeldingen wordt het FND-signaal weergegeven in groen-geel-rood, afhankelijk van de pixelintensiteit, en wordt het celkern-signaal in blauw weergegeven. Alle afbeeldingen zijn 2D-projecties van de maximale pixelintensiteit verkregen uit 3D (XYZ) voorbeeldscans. Voor alle afbeeldingen komt de achtergrondruis overeen met drie tellen. c) Kwantificering van het geïnternaliseerde FND-signaal: geïntegreerde FND-pixelintensiteit genormaliseerd naar celoppervlak (± SEM) beoordeeld voor de twee FND-leveringsmethoden die worden gepresenteerd in (a) en (b). ns: p> 0,05; ****: p ≤ 0,0001, tweezijdige Mann-Whitney-Wilcoxon U-test. Credit: Klein (2021). DOI: 10.1002 / smll.202006421

Andere onderzoekers hebben eerder geprobeerd hetzelfde te doen, maar de diamanten werden vervolgens verzorgd door de ‘reinigers’ van de cel, de zogenaamde lysosomen, die de vreemde substantie snel inkapselden.

“In dat scenario zijn ze niet bruikbaar omdat ze vastzitten in lysosomen en niet in staat zijn om te interageren met de celcomponenten. Anderen zijn erin geslaagd om de diamanten cel voor cel in de cel te krijgen, maar dat is veel te tijdrovend om te worden. een realistisch alternatief ”, zegt Christelle Prinz.

Dezelfde techniek zou uiteindelijk kunnen worden gebruikt om andere moleculen te transporteren om cellen te veranderen of zieke cellen te genezen.

Nog een laatste opmerking: is het gebruik van nanodiamanten duur? Nee, legt Elke Hebisch uit – de benodigde hoeveelheden zijn extreem klein. Ze worden gekocht in een fles waar ze in water worden gesuspendeerd en kosten evenveel als gewone antilichamen.