[發(fā)明專(zhuān)利]一種向細(xì)胞內(nèi)遞送物質(zhì)的裝置和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410337234.5
• 申請(qǐng)日: 2014-07-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104178414B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史鵬;陳獻(xiàn)峰;張文軍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 香港城市大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C12M1/00
• 分類(lèi)號(hào): C12M1/00;C12N15/63
• 代理公司: 北京英創(chuàng)嘉友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11447
• 代理人: 王浩然,周建秋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生物技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種向細(xì)胞內(nèi)遞送物質(zhì)的裝置和一種向細(xì)胞內(nèi)遞送物質(zhì)的方法，以及制備所述向細(xì)胞內(nèi)遞送物質(zhì)的裝置的方法。

背景技術(shù)

向活細(xì)胞內(nèi)高效地遞送物質(zhì)是細(xì)胞生物技術(shù)的重要課題，在細(xì)胞生物學(xué)的基礎(chǔ)研究、藥物制備和臨床治療方面都具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。例如，在體細(xì)胞內(nèi)遞送編碼特定的轉(zhuǎn)錄因子的基因、蛋白或mRNA就能將體細(xì)胞重新編程為誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(iPS)狀態(tài)，這將解決再生醫(yī)學(xué)所用的移植細(xì)胞的來(lái)源問(wèn)題。siRNA、多肽和納米顆粒等許多其它物質(zhì)也具有潛在的醫(yī)學(xué)應(yīng)用價(jià)值，但這些物質(zhì)的向活細(xì)胞內(nèi)的高效遞送是首先要解決的問(wèn)題。

已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)了多種促進(jìn)物質(zhì)跨膜遷移的方法。每個(gè)建立的方法在實(shí)際使用過(guò)程中都有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，具體體現(xiàn)在效率、表達(dá)水平、毒性、細(xì)胞生存能力和設(shè)備要求等方面。例如，使用病毒載體的方法僅限于遞送核酸，但該方法的程序是勞動(dòng)密集型的，并且常常涉及各種安全問(wèn)題；如脂質(zhì)體轉(zhuǎn)染的化學(xué)方法相對(duì)比較簡(jiǎn)單，但對(duì)于后有絲分裂的細(xì)胞的效率通常很低(如對(duì)神經(jīng)元細(xì)胞的效率僅有1-2％)，并且不適合蛋白和納米材料等的跨膜遞送；磷酸鈣沉淀方法的成本效益較高，但很難產(chǎn)生可重復(fù)的結(jié)果，轉(zhuǎn)染效率較低；電脈沖的方法通過(guò)施加電壓脈沖暫時(shí)改變細(xì)胞膜的特性來(lái)允許帶電材料進(jìn)入細(xì)胞，但該方法通常需要細(xì)胞處于懸浮狀態(tài)，并且細(xì)胞毒性可能根據(jù)不同的細(xì)胞類(lèi)型顯著不同。

最近，機(jī)械破壞細(xì)胞膜正在成為一種前景良好的向細(xì)胞內(nèi)遞送物質(zhì)的手段。例如，直徑800納米以下的單一納米針已被用于向細(xì)胞內(nèi)遞送物質(zhì)且沒(méi)有造成細(xì)胞的嚴(yán)重?fù)p害，但是使用這種單一納米針需要使用原子力顯微鏡并且該方法的通量極低。納米纖維或納米針的陣列可以用于提高效率，但現(xiàn)有的裝置和方法仍然需要將細(xì)胞懸浮起來(lái)，并且需要將待遞送的物質(zhì)先固定在納米針上，還需要使用復(fù)雜的操作儀器，無(wú)法在貼壁細(xì)胞上使用，并且在非分裂期的細(xì)胞(如原代培養(yǎng)的神經(jīng)元細(xì)胞)上無(wú)法使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服納米針的陣列無(wú)法在貼壁細(xì)胞上使用的缺陷，提供能夠在貼壁細(xì)胞上使用的一種向細(xì)胞內(nèi)遞送物質(zhì)的裝置和一種向細(xì)胞內(nèi)遞送物質(zhì)的方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，一方面，本發(fā)明提供了一種向細(xì)胞內(nèi)遞送物質(zhì)的裝置，該裝置包括具有金剛石面層的基底和形成于金剛石面層上并彼此間隔的金剛石納米針，所述基底還具有在金剛石面層下的硅底層，所述納米針為圓柱狀納米針，且所述納米針的側(cè)面垂直于所述金剛石面層。

另一方面，本發(fā)明還提供了一種向細(xì)胞內(nèi)遞送物質(zhì)的方法，該方法包括如下步驟：(1)將細(xì)胞置于基板上的培養(yǎng)基中，所述培養(yǎng)基含有等待遞送的物質(zhì)；(2)將向細(xì)胞內(nèi)遞送物質(zhì)的裝置置于所述培養(yǎng)基的液面上，形成夾心結(jié)構(gòu)，所述向細(xì)胞內(nèi)遞送物質(zhì)的裝置包括基底和附著于基底表面上并彼此間隔的納米針，所述納米針為金剛石形成的納米針；所述納米針的尖端指向所述細(xì)胞；(3)將所述夾心結(jié)構(gòu)進(jìn)行離心，離心的條件使得所述納米針的尖端刺入所述細(xì)胞。

再一方面，本發(fā)明還提供了一種制備向細(xì)胞內(nèi)遞送物質(zhì)的裝置的方法，該裝置包括具有金剛石面層的基底和形成于金剛石面層上并彼此間隔的金剛石納米針，所述基底還具有在金剛石面層下的硅底層，其中，所述納米針為圓柱狀納米針，且所述納米針的側(cè)面垂直于所述金剛石面層；該方法包括如下步驟：(1)在硅底層上沉積形成納米金剛石膜，沉積的條件使得所述納米金剛石膜的厚度比期望得到的納米針的高度大0.5-5μm；(2)對(duì)形成的納米金剛石膜進(jìn)行偏壓輔助的反應(yīng)離子刻蝕，其中，偏壓輔助的反應(yīng)離子刻蝕的條件包括：反應(yīng)壓力為(4-8)×10^-3Torr，反應(yīng)時(shí)間為20分鐘至4小時(shí)；偏壓為-50V至-250V；偏壓輔助的反應(yīng)離子刻蝕的氣體包括H₂、Ar與H₂的混合氣和CH₄與H₂的混合氣中的至少一種。

通過(guò)上述技術(shù)方案，本發(fā)明能夠?qū)N壁細(xì)胞(特別是非分裂期的細(xì)胞，例如原代培養(yǎng)的神經(jīng)元)進(jìn)行向細(xì)胞內(nèi)遞送物質(zhì)。

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

附圖是用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與下面的具體實(shí)施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1是本發(fā)明的向細(xì)胞內(nèi)遞送物質(zhì)的裝置的掃描電鏡圖。

圖2是本發(fā)明的向細(xì)胞內(nèi)遞送物質(zhì)的裝置的掃描電鏡圖的局部放大。

圖3是現(xiàn)有技術(shù)中向細(xì)胞內(nèi)遞送物質(zhì)的裝置的掃描電鏡圖的局部放大。