洛加大邱培鈺成功向細胞送入大顆粒

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【大紀元2015年04月20日訊】將較大顆粒送入微小的細胞中而不殺死它是極其困難的,尺寸越大越難。來自臺灣的加州大學洛杉磯分校副教授邱培鈺 (Eric Pei-Yu Chiou) 的研究團隊做到了,首次實現了向細胞高速運輸大尺寸顆粒的研究,為後期改善醫學及生物學研究奠定了基礎。該論文發表於在2015年4月6日國際頂尖科學期刊《自然-方法》(Nature Methods) 網路版。

邱培鈺副教授領導的研究團隊首次實現向細胞高速運輸大尺寸的顆粒,該論文刊登於《自然-方法》(Nature Methods)科學期刊網路版上。(Nature Methods網站)
邱培鈺副教授領導的研究團隊首次實現向細胞高速運輸大尺寸的顆粒,該論文刊登於《自然-方法》(Nature Methods)科學期刊網路版上。(Nature Methods網站)

仍然是中華民國公民的邱培鈺畢業於國立臺灣大學機械系,是洛杉磯加大機械和航空航太工程及生物醫學工程系副教授。他是該校來自臺灣的教授群中最年輕的一位。他所領導的研究團隊成功開發了一種高效的工具,可以將奈米顆粒、酶類、抗體、細菌及其他微米大尺寸的「貨物」高效且高速運輸至哺乳動物的細胞中,其運輸速率可以達到每分鐘10萬個細胞,速度比目前技術快十萬倍。

邱培鈺表示,運輸大尺寸「貨物」進一顆十幾微米的活細胞而不殺死它是極其困難的,尺寸越大越難,當前唯一的運輸大尺寸「貨物」的方法是利用他實驗室先前開發的雷射微量移液管 (Photothermal Nanoblade),這種方法要一個一個注射,速度很慢。其他的材料注入細胞的方法,如使用病毒或化學方法作為運載工具,但只能用於小分子物質,通常是幾個奈米的長度。(一奈米等於千分之一微米)

這種新型設備名為生物光子雷射輔助外科工具(a biophotonic laser-assisted surgery tool , BLAST),是一種攜帶大量具有微米寬小孔的矽晶片(silicon chip),每個小孔周圍都由一種半圓形的鈦膜所包圍,而在小孔底下就是包含所運輸顆粒的液體。

研究者利用脈衝雷射對鈦膜進行瞬間加熱,隨後使得細胞附近的水層蒸發,從而形成一種氣泡,就可以在細胞膜附近「爆炸」,從而可以在百萬分之一秒內對細胞膜精準切割,產生一種較大的裂縫,讓位於細胞底部裝滿大尺寸顆粒的液體擠滿細胞,雷射可以在10秒內對整個矽晶片上10萬個細胞進行掃描。

美國加州奈米技術研究所(the California NanoSystems Institute)成員的邱培鈺表示,該技術的關鍵之處就在於其極高速且準確的細胞膜切割和即時輸送,進入到細胞中的大尺寸「貨物」可以用於進行科學研究,例如向細胞運輸線粒體就可以改變細胞的代謝能力,從而研究線粒體DNA突變所引發疾病的分子機制,向細胞運輸細菌可讓科學家剖析病原體生命週期中的基因表達的特性,以及了解細胞的防禦機制對他們的生命週期的影響。

他說:「現在你想要運送的材料,大小或類型已經無關緊要了。你可以把全數都推進細胞內。」

該論文的共同作者,也是兒科和發育病理學系主任Michael Teitell說:「從這類型的研究中獲得的新資訊,將為開發新型靶向藥物來治療細菌性感染等其他疾病,提供了新的依據和思路。」

這種新型設備每次可以向10萬個細胞運輸「貨物」,能提供大量的統計資料來分析細胞在實驗中的反應。

該研究團隊成員除了邱培鈺之外,還包括:去年剛獲博士學位的吳宜謙博士 (Yi-Chien Wu),吳婷翔博士(Ting-Hsiang Wu)、醫學副教授Daniel L Clemens、助理研究員Bai-Yu Lee、機械工程研究生Ximiao Wen、微生物醫學,免疫學和分子遺傳學教授Marcus A Horwitz,以及Michael A Teitell博士。

洛杉磯加州大學副教授邱培鈺 (右一) 的研究團隊成功首次實現向細胞高速運輸大尺寸的顆粒,為後期改善醫學及生物學研究奠定了基礎。(洛加大網站)
洛杉磯加州大學副教授邱培鈺 (右一) 的研究團隊成功首次實現向細胞高速運輸大尺寸的顆粒,為後期改善醫學及生物學研究奠定了基礎。(洛加大網站)

此項研究是由加州大學發現生物技術獎(University of California Discovery Biotechnology Award)、國家衛生研究院(the National Institutes of Health)、NanoCav 和國家自然科學基金(the National Science Foundation)贊助的。◇

責任編輯:方平

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