Des chercheurs japonais ont développé une méthode ciblée pour ouvrir les membranes cellulaires afin de délivrer des médicaments à, ou manipuler les gènes de, cellules individuelles.

La méthode, comme indiqué dans le journal Science et technologie des matériaux avancés , consiste à irradier un film mince de nanotubes de carbone à l'aide d'un laser proche infrarouge (NIR). Les nanotubes agissent comme un absorbeur de photons efficace ainsi qu'un générateur de stimulus pour les cellules adjacentes.

Dans la recherche en génie cellulaire et en biologie tissulaire, les scientifiques utilisent souvent des lasers pulsés pour stimuler les cellules et permettre la transfection de gènes (l'introduction de matériel génétique), régulation génique ou injection de drogue. L'irradiation de cellules biologiques à l'aide de lasers pulsés provoque la perforation de leurs membranes, ce qui accélère considérablement la transfection génique ou l'administration ciblée de médicaments.

Parmi la large gamme d'énergies photoniques, la région proche infrarouge est moins nocive pour les cellules biologiques, qui absorbent très peu d'énergie dans ces longueurs d'onde. Les lasers NIR les plus performants sont les lasers femtosecondes en raison de leur résolution spatiale fine sans aucun dommage thermique ou mécanique aux matériaux environnants. Cependant, les instruments laser femtoseconde sont chers, encombrants et nécessitent un montage optique très sophistiqué, l'équipe de recherche a donc opté pour un laser nanoseconde plus économique.

Dans l'étude, Naotoshi Nakashima et ses collègues de l'Université de Kyushu ont préparé un plat recouvert de nanotubes de carbone à paroi simple, qui absorbent fortement le rayonnement dans la région NIR, comme antenne pour un laser à impulsions nanosecondes. Le plat a également été ensemencé avec des cellules vivantes.

En fonction de l'énergie du laser, les chercheurs ont découvert que les membranes cellulaires étaient perturbées de manière réversible ou irréversible. Lorsqu'une impulsion laser dépassait 17,5 microJoules (uJ), les membranes ont été détruites et les cellules sont mortes. Cependant, à des énergies inférieures d'environ 15 uJ par impulsion, les membranes se sont ouvertes et les cellules sont restées vivantes. Cela suggère qu'une source laser peu coûteuse pourrait être utilisée pour préparer une cible cellulaire unique pour la transfection sélective de gènes, injection de médicament ou régulation de l'expression des gènes, concluent les auteurs.