A kutatók régóta szerették volna úgy feltárni a sejtek működésének rejtett titkait, hogy egyes alkotóelemeket kiemelnek a sejt belsejéből, majd módosítást követően visszahelyezik őket a sejtbe. Mindeddig nemigen voltak adottak a technikai feltételek az effajta vizsgálatok kivitelezéséhez, ám a helyzet most megváltozhat: a Cell Metabolism május 10-i számában olyan nanopenge kifejlesztéséről adtak hírt amerikai kutatók, amelylehetővé teszi a sejthártya felnyitását és az energiatermelő sejtszervecske, a mitokondrium bejuttatását a sejt belsejébe.
A University of California, Los Angeles (UCLA) tudósai korábban már használták a technológiát másféle alkotórészek sejtek közötti átvitelére, és bíznak abban, hogy nanopengéjüket hamarosan piacra dobhatják, amely így a biotechnológiai laboratóriumok szélesebb körében is alkalmazást nyerhet majd.
„Mint a sejtek szerkesztésének, egészségügyi és kutatási célú módosításának új eszköze, a nanopenge igazán egyedi lehetőségeket kínál” – nyilatkozta Mike Teitell patológus, a UCLA biomérnöke. – "Eddig nem találtunk olyan apró sejtalkotót a néhány mikrométeres mérettartományig felmenőleg, amelyet ne tudtunk volna a nanopengével a sejtekbe juttatni.”
A nanopenge ötletével Teitell és kollégája, Pei-Yu Eric Chiou először néhány évvel ezelőtt állt elő. Céljuk akkor egy olyan eszköz kidolgozása volt, amelynek segítségével a sejtmagot lehet egyik sejtből a másikba átjuttatni. Ám hamarosan egy számukra is új kutatási területen, az őssejtbiológia és az energiatermelő anyagcsere határvidékén találták magukat, ahol kézenfekvő volt a technikát a mitokondriumok módosítására és átültetésére felhasználni.
A mitokondriumok mint ún. szemiautonóm (félig önálló) sejtszervecskék saját – igaz, meglehetősen redukált – génállománnyal rendelkeznek, és ahogy a sejtmagi gének meghibásodása, úgy a mitokondriális gének mutációi is súlyos betegségeket okozhatnak. A mitokondriális génhibák hatásának tanulmányozása és korrigálása azonban többféle speciális nehézséget támaszt.
„A sejtekben lakó mitokondriumok DNS-ének módosítása az a szűk keresztmetszet, amely lelassítja az előrehaladást ezen a kutatási területen” – magyarázza Teitell. – „Ezért egy kétlépéses eljáráson dolgozunk, melynek során először átszerkesztjük a sejtekből kiemelt mitokondriumok génjeit, majd a módosított mitokondriumokat visszajuttatjuk a sejtbe.
A nanopenge összetett berendezés, amely egy mikroszkópból, egy lézerből és egy titánnal bevont mikropipettából áll; ez utóbbi tölti be a joystick-kal precízen irányítható penge szerepét. Amikor a titánra lézerimpulzust irányítanak, a fém felmelegszik, és a környező folyadék gőzzé alakulva buborékot képez. Ha mindez a sejt felszínének a közvetlen közelében történik, a villámgyorsan táguló buborék által milliomod másodperc alatt létrehozott óriási erő átszakítja a sejthártyát, és létrehozza azt a néhány mikrométeres átjárót, amelyen keresztül a „szállítmány” – jelen esetben a mitokondrium – átpréselhető. A következő szempillantásban a sejthártya már össze is zárul a becsempészett rakomány mögött.
Teitell, Chiou és munkatársaik a nanopenge segítségével emberi emlőrák- és embrionális vesesejtekből származó jelölt mitokondriumokat juttattak olyan sejtekbe, amelyek nem rendelkeztek saját mitokondriális DNS-sel. Mikor később kielemezték e sejtek magi és mitokondriális DNS-ét, azt találták, hogy a beoperált mitokondriumok a sejtek 2 százalékában sikeresen szaporodásnak indultak, és változó mértékben bár, de működőképesnek is bizonyultak. A mitokondriumok bevitelére korábban alkalmazott módszerek sokkal kevésbé voltak kontrollálhatók, a transzfer sikerrátája pedig 0.0001 és 0.5 százalék között változott – állítják a kutatók.
