Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Multitasking plasmonic nanobubbles kill some cells, modify others

04.12.2012
Rice University discovery could simplify and improve difficult processes used to treat diseases, including cancer
Researchers at Rice University have found a way to kill some diseased cells and treat others in the same sample at the same time. The process activated by a pulse of laser light leaves neighboring healthy cells untouched.

The unique use for tunable plasmonic nanobubbles developed in the Rice lab of Dmitri Lapotko shows promise to replace several difficult processes now used to treat cancer patients, among others, with a fast, simple, multifunctional procedure.

The research is the focus of a paper published online this week by the American Chemical Society journal ACS Nano and was carried out at Rice by biochemist Lapotko, research scientist and lead author Ekaterina Lukianova-Hleb and undergraduate student Martin Mutonga, with assistance from the Center for Cell and Gene Therapy at Baylor College of Medicine (BCM), Texas Children’s Hospital and the University of Texas MD Anderson Cancer Center.

Plasmonic nanobubbles that are 10,000 times smaller than a human hair cause tiny explosions. The bubbles form around plasmonic gold nanoparticles that heat up when excited by an outside energy source – in this case, a short laser pulse – and vaporize a thin layer of liquid near the particle’s surface. The vapor bubble quickly expands and collapses. Lapotko and his colleagues had already found that plasmonic nanobubbles kill cancer cells by literally exploding them without damage to healthy neighbors, a process that showed much higher precision and selectivity compared with those mediated by gold nanoparticles alone, he said.

The new project takes that remarkable ability a few steps further. A series of experiments proved a single laser pulse creates large plasmonic nanobubbles around hollow gold nanoshells, and these large nanobubbles selectively destroy unwanted cells. The same laser pulse creates smaller nanobubbles around solid gold nanospheres that punch a tiny, temporary pore in the wall of a cell and create an inbound nanojet that rapidly “injects” drugs or genes into the other cells.

In their experiments, Lapotko and his team placed 60-nanometer-wide hollow nanoshells in model cancer cells and stained them red. In a separate batch, they put 60-nanometer-wide nanospheres into the same type of cells and stained them blue.

After suspending the cells together in a green fluorescent dye, they fired a single wide laser pulse at the combined sample, washed the green stain out and checked the cells under a microscope. The red cells with the hollow shells were blasted apart by large plasmonic nanobubbles. The blue cells were intact, but green-stained liquid from outside had been pulled into the cells where smaller plasmonic nanobubbles around the solid spheres temporarily pried open the walls.

Because all of this happens in a fraction of a second, as many as 10 billion cells per minute could be selectively processed in a flow-through system like that under development at Rice, said Lapotko, a faculty fellow in biochemistry and cell biology and in physics and astronomy. That has potential to advance cell and gene therapy and bone marrow transplantation, he said.

Most disease-fighting and gene therapies require “ex vivo” – outside the body – processing of human cell grafts to eliminate unwanted (like cancerous) cells and to genetically modify other cells to increase their therapeutic efficiency, Lapotko said. “Current cell processing is often slow, expensive and labor intensive and suffers from high cell losses and poor selectivity. Ideally both elimination and transfection (the introduction of materials into cells) should be highly efficient, selective, fast and safe.”

Plasmonic nanobubble technology promises “a method of doing multiple things to a cell population at the same time,” said Malcolm Brenner, a professor of medicine and of pediatrics at BCM and director of BCM’s Center for Cell and Gene Therapy, who collaborates with the Rice team. “For example, if I want to put something into a stem cell to make it turn into another type of cell, and at the same time kill surrounding cells that have the potential to do harm when they go back into a patient — or into another patient — these very tunable plasmonic nanobubbles have the potential to do that.”

The long-term objective of a collaborative effort among Rice, BCM, Texas Children’s Hospital and MD Anderson is to improve the outcome for patients with diseases whose treatment requires ex vivo cell processing, Lapotko said.

Lapotko plans to build a prototype of the technology with an eye toward testing with human cells in the near future. “We’d like for this to be a universal platform for cell and gene therapy and for stem cell transplantation,” he said.

The work was supported by the National Institutes of Health.

Read the abstract at http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nn3045243

This news release can be found online at news.rice.edu.

Follow Rice News and Media Relations via Twitter @RiceUNews

Related Materials:
The Plasmonic Nanobubble Lab at Rice: http://pnblab.blogs.rice.edu

David Ruth | EurekAlert!
Further information:
http://www.rice.edu
http://news.rice.edu/2012/12/03/multitasking-plasmonic-nanobubbles-kill-some-cells-modify-others-2/

All articles from Life Sciences >>>

The most recent press releases about innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Schnelles und umweltschonendes Laserstrukturieren von Werkzeugen zur Folienherstellung

Kosteneffizienz und hohe Produktivität ohne dabei die Umwelt zu belasten: Im EU-Projekt »PoLaRoll« entwickelt das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen gemeinsam mit dem Oberhausener Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheit- und Energietechnik UMSICHT und sechs Industriepartnern ein Modul zur direkten Laser-Mikrostrukturierung in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Ziel ist es, mit Hilfe dieses Systems eine siebartige Metallfolie als Demonstrator zu fertigen, die zum Sonnenschutz von Glasfassaden verwendet wird: Durch ihre besondere Geometrie wird die Sonneneinstrahlung reduziert, woraus sich ein verminderter Energieaufwand für Kühlung und Belüftung ergibt.

Das Fraunhofer IPT ist im Projekt »PoLaRoll« für die Prozessentwicklung der Laserstrukturierung sowie für die Mess- und Systemtechnik zuständig. Von den...

Im Focus: Das Auto lernt vorauszudenken

Ein neues Christian Doppler Labor an der TU Wien beschäftigt sich mit der Regelung und Überwachung von Antriebssystemen – mit Unterstützung des Wissenschaftsministeriums und von AVL List.

Wer ein Auto fährt, trifft ständig Entscheidungen: Man gibt Gas, bremst und dreht am Lenkrad. Doch zusätzlich muss auch das Fahrzeug selbst ununterbrochen...

Im Focus: Vorbild Delfinhaut: Elastisches Material vermindert Reibungswiderstand bei Schiffen

Für eine elegante und ökonomische Fortbewegung im Wasser geben Delfine den Wissenschaftlern ein exzellentes Vorbild. Die flinken Säuger erzielen erstaunliche Schwimmleistungen, deren Ursachen einerseits in der Körperform und andererseits in den elastischen Eigenschaften ihrer Haut zu finden sind. Letzteres Phänomen ist bereits seit Mitte des vorigen Jahrhunderts bekannt, konnte aber bislang nicht erfolgreich auf technische Anwendungen übertragen werden. Experten des Fraunhofer IFAM und der HSVA GmbH haben nun gemeinsam mit zwei weiteren Forschungspartnern eine Oberflächenbeschichtung entwickelt, die ähnlich wie die Delfinhaut den Strömungswiderstand im Wasser messbar verringert.

Delfine haben eine glatte Haut mit einer darunter liegenden dicken, nachgiebigen Speckschicht. Diese speziellen Hauteigenschaften führen zu einer signifikanten...

Im Focus: Kaltes Wasser: Und es bewegt sich doch!

Bei minus 150 Grad Celsius flüssiges Wasser beobachten, das beherrschen Chemiker der Universität Innsbruck. Nun haben sie gemeinsam mit Forschern in Schweden und Deutschland experimentell nachgewiesen, dass zwei unterschiedliche Formen von Wasser existieren, die sich in Struktur und Dichte stark unterscheiden.

Die Wissenschaft sucht seit langem nach dem Grund, warum ausgerechnet Wasser das Molekül des Lebens ist. Mit ausgefeilten Techniken gelingt es Forschern am...

Im Focus: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Marine Pilze – hervorragende Quellen für neue marine Wirkstoffe?

28.06.2017 | Veranstaltungen

Willkommen an Bord!

28.06.2017 | Veranstaltungen

Internationale Fachkonferenz IEEE ICDCM - Lokale Gleichstromnetze bereichern die Energieversorgung

27.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

EUROSTARS-Projekt gestartet - mHealth-Lösung: time4you Forschungs- und Entwicklungspartner bei IMPACHS

28.06.2017 | Unternehmensmeldung

Proteine entdecken, zählen, katalogisieren

28.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Scheinwerfer-Dimension: Volladaptive Lichtverteilung in Echtzeit

28.06.2017 | Automotive