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/

More articles from Life Sciences:

nachricht Cryo-electron microscopy achieves unprecedented resolution using new computational methods
24.03.2017 | DOE/Lawrence Berkeley National Laboratory

nachricht How cheetahs stay fit and healthy
24.03.2017 | Forschungsverbund Berlin e.V.

All articles from Life Sciences >>>

The most recent press releases about innovation >>>

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

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise