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美国莱斯大学借助激光激活等离子体纳米气泡可速杀病变细胞
来源:每日科学网站 | 作者:张巍巍 | 2012/12/9 15:55:37 | 浏览:966 | 评论:0

  美国莱斯大学等机构的研究人员发现,能够借助激光脉冲激活等离子体纳米气泡快速杀死病变细胞,而不会使周围的健康细胞受到伤害。同时,这种多任务化纳米气泡还能治疗样本中的其他细胞。相关研究报告发表在《美国化学学会·纳米》杂志上。

  这种比人类头发细1万倍的等离子体纳米气泡能够导致微小的爆炸。气泡会在等离子体黄金纳米粒子周围形成,并因外部的短波激光脉冲激发升温,蒸发掉粒子表面的一薄层液体。纳米气泡会快速地扩展和崩塌,从而逐个地杀死病变细胞,而不会伤害周围的健康细胞。这一过程比只使用黄金纳米粒子具有更高的精准度和选择性。

  一系列实验证明,单束激光脉冲能够在中空的黄金纳米壳周围制成较大的等离子体纳米气泡。这些气泡会选择性地杀死癌细胞等不想要的细胞,而同样的激光脉冲还会在固态黄金纳米球周围制成较小的纳米气泡,在细胞壁上凿开一个暂时性的小孔,通过纳米喷流将药物或基因快速注入其他细胞中,从而达到治疗的效果。

  在实验中,研究团队放置了60纳米宽的中空纳米壳在癌细胞模型中,并将其染成了红色。另一方面,科学家也将同样尺寸的纳米球放入了同类癌细胞中,并将其染成蓝色。在使细胞悬浮在绿色荧光染料中后,研究人员将单束的激光脉冲照射在样本上,随后洗净绿色燃料,并在显微镜下对细胞进行了观察。带有中空纳米壳的红色细胞被大型等离子体纳米气泡炸开,蓝色的细胞则未受损伤。由于这一切都发生在转瞬之间,每分钟有高达100亿的细胞会被穿流式系统有选择地处理,其或可为促进细胞和基因疗法以及骨髓移植等提供帮助。

  大多数基因疗法都需要体外处理,如通过人体细胞移植去除不要的癌细胞等,并从基因上修改其他细胞以提升它们的治疗效果。此项研究的长期目标就是改善体外细胞处理的过程,使病患享受到更好的治疗。未来他们还计划构建一个细胞测试原型,使其成为细胞和基因治疗以及干细胞移植的通用平台。


哈佛大学科学家利用定向激光可借神经元控制线虫行为

  物理学家组织网近日报道,哈佛大学的科学家利用精确定向的激光,能够管控动物大脑内的神经元,将它们的感觉输入转化成行为,指示其朝着科研人员选中的方向转动。此外,科学家甚至还能植入错误的感觉信息,使动物形成错误的感知,并作出相应举动。相关研究报告发表在最近出版的《自然》杂志上。

  科研人员称,实验所用的透明线虫只有302个神经元。他们能够通过操控线虫大脑内的神经元管控其行为。这项研究十分重要,因为控制简单生物的复杂行为,有助于我们了解它们的大脑构造,或是更复杂的神经系统将如何运行。这同时也为神经回路的研究提供了一个框架,例如应如何操控它们,需要操控哪些回路,又能在它们内部产生什么活动模式。

  目前,大多数研究途径都是在破坏神经元后才能发现其对于哪种特定的行为是必须的。而研究团队希望能在不损坏神经系统的情况下,通过“挟持”关键神经元来管控行为,强迫动物作出他们所期望的动作,并绘制出整个神经系统的连接图。

  借助遗传工具,研究人员设计出神经元能够发出荧光的线虫,这使科学家能轻松对它们进行追踪。同时,他们还修改了线虫神经元的光敏基因,这意味着其可以被激光脉冲激活。但最大的挑战在于研发追踪线虫所需的硬件设备及在瞬间瞄准所需的神经元。他们表示,他们的目标是只激活一个神经元。由于动物在不停地运动,以及大量的神经元都聚集在生物头部附近,使得实现这点很具有挑战性。因此就需要获得动物的影像,并对图片进行处理,识别出神经元以追踪动物,再将激光射向特定的神经元。这一切需要在20毫秒内完成。

  为了克服这些挑战,科研小组最终使用了可移动桌面以保持爬行的线虫能一直处在摄像机和激光下方的中间位置。他们还定制了计算机的软、硬件,以保证这一系统能在极短的时间内正常工作。实验结果显示,新系统不仅能够控制线虫的行为,使其按要求左转、右转或沿环形爬动,还能控制它们的感觉。例如科学家就利用该系统哄骗了线虫的大脑,使其认为食物就在附近,兴冲冲地直奔想象中的“大餐”。

  下一步,科研团队将继续探索新系统还能操控线虫做出哪些行动。同时,他们也将对现有的摄像机和计算机硬件系统进行改进和升级,希望将该系统的运行速度从20毫秒加速至1毫秒,使其能应用于斑马鱼等更复杂的动物。

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