Injectorul cu membrană din nanotuburi facilitează transferul precis al conținutului citoplasmatic între celule
Celulele nu sunt unități izolate; ele schimbă continuu proteine, material genetic și chiar organite întregi cu vecinii lor.
Transferul intercelular influențează dezvoltarea țesuturilor, reacțiile la stres și repararea daunelor. De exemplu, în anumite tipuri de cancer, celulele tumorale pot obține mitocondrii de la celulele din jur pentru a susține creșterea; schimburi similare sunt, de asemenea, legate de procesele de îmbătrânire. Cu toate acestea, în ciuda avansurilor semnificative în tehnologiile de editare genetică și de țintire moleculară, nu dispunem încă de instrumentele necesare pentru a manipula direct și fiabil compoziția citoplasmatică a celulelor vii.
În ultimele decenii, au fost făcute multe încercări în acest sens, dar provocările apar la multiple etape. Extracția materialului citoplasmatic se bazează adesea pe liza celulară folosind detergenți sau enzime, ceea ce distruge celulele. Metodele sofisticate de distrugere fizică, precum ultrasunetele, trebuie să fie atent ajustate pentru a evita deteriorarea biomoleculelor, ceea ce le face prea consumatoare de timp. Livrarea materialului în celule prezintă, de asemenea, provocări suplimentare. Transportatorii pe bază de lipide sunt limitați la molecule mici, vectorii virali sunt costisitori, iar tehnicile de microinjectare sunt dificile de scalat. Până în prezent, nicio abordare nu permite un transfer citoplasmatic controlat și eficient fără a compromite viabilitatea celulară.
În acest context, o echipă de cercetare condusă de Takeo Miyake de la Universitatea Waseda a dezvoltat un sistem care depășește limitările existente. Studiul lor recent, publicat în Small Science pe 17 martie 2026, raportează despre un injector bazat pe o membrană de nanotuburi—o platformă care combină nanomateriale cu fizica fluidelor pentru a transfera direct conținuturi citoplasmatice între populațiile celulare.
Sistemul constă dintr-o membrană subțire de aur cu nanotuburi aliniate vertical, montată pe un tub de sticlă. Atunci când această membrană este apăsată cu atenție împotriva celulelor cultivate, nanotuburile pătrund în bilayerul de fosfolipide al celulelor vii fără a cauza daune semnificative. Prin ajustarea presiunii interne a tubului de sticlă, cercetătorii pot „suga” material citoplasmatic din celulele sursă, să-l păstreze în timp ce tubul este repoziționat peste cultura celulară țintă și să-l elibereze ușor în această nouă populație, folosind microlitri de soluție tampon.
Prin mai multe experimente utilizând coloranți fluorescenți și teste de proteine, cercetătorii au confirmat că conținuturile citoplasmatice pot fi extrase într-o manieră dependentă de presiune. De asemenea, au descoperit că selecția atentă a diametrului nanotubului, densitatea nanotuburilor și presiunea aplicată sunt esențiale pentru a minimiza daunele celulare. Notabil, în condiții optimizate, viabilitatea celulară a fost de aproximativ 95%, cu o eficiență a transferului citoplasmatic de bine peste 90%.
Pentru a testa capacitățile platformei, echipa a investigat dacă aceasta ar putea transfera mitocondrii intacte. În acest scop, au etichetat mitocondriile din celulele donatoare cu un colorant fluorescent și le-au observat în celulele primitoare prin microscopie confocală. Au constatat că zeci de mitocondrii puteau fi livrate în mod fiabil per celulă. Cel mai important, aceste mitocondrii au rămas funcționale, așa cum a fost demonstrat prin niveluri semnificativ mai mari de adenosin trifosfat (ATP) produse în celulele primitoare comparativ cu controalele. „Această tehnologie stabilește un nou paradigm pentru manipularea celulelor—transformând celulele nu prin modificare genetică, ci prin reconstrucția compoziției intracelulare”, afirmă Miyake.
Această inginerie citoplasmatică controlată, posibilă datorită injectorului cu nanotuburi propus, ar putea susține dezvoltarea terapiilor celulare de generație următoare, a modelor de boli îmbunătățite și a platformelor de screening pentru medicamente mai precise. „Transferul direct de mitocondrii sănătoase sau de componente citoplasmatice în celulele țintă este deosebit de relevant pentru medicina regenerativă, unde celulele terapeutice suferă adesea de activitate metabolică redusă sau heterogenitate funcțională după izolarea și expansiunea lor”, subliniază Miyake, „Prin restabilirea sau augmentarea funcției mitocondriale fără modificare genetică, tehnologia oferă o nouă strategie pentru a îmbunătăți calitatea celulară înainte de transplantare.”
În ansamblu, acest sistem inovator deschide calea pentru un nou nivel de control în cercetarea biologiei celulare, precum și în aplicațiile bioingineriei și biomedicale.
