Unglaublich! In nur 25 Schritten kann ein Chip Haut in Blutgefäße und Nervenzellen verwandeln

Die Verwendung eines Chips, um Ihr Hautgewebe sofort in Blutgefäße oder Nervenzellen umzuwandeln, klingt zu sehr nach Science-Fiction. Forscher der Indiana University und der Ohio University haben dies jedoch nicht nur Wirklichkeit werden lassen, sondern auch die gesamte Chipherstellungstechnologie als Open Source bereitgestellt. Das bedeutet, dass Sie mit den notwendigen medizinischen Kenntnissen den Anweisungen folgen können, um innerhalb von fünf bis sechs Tagen einen VIP-Gewebekonversionschip Ihrer Wahl herzustellen!

In einem in Nature Protocols veröffentlichten Artikel mit dem Titel „Fertigung und Verwendung von Silizium-Hohlnadel-Arrays zur Erzielung einer Gewebe-Nanotransfektion in Mausgewebe in vivo“ haben Wissenschaftler der Indiana University diese nicht-invasive und harmlose schwarze Technologie ausführlich erläutert. Mithilfe der Elektroporationstechnologie können Sie Plasmid-DNA innerhalb von Millisekunden in einer bestimmten Tiefe direkt in die Haut einer Maus (oder Ihre eigene) einführen und die Haut in Blutgefäße oder Nervenzellen transfizieren.

Schematische Darstellung der Nanotransfektion | Quelle: Indiana University

Die Autoren sagen, dass die für diese „Gewebe-Nanotransfektionstechnologie“ (TNT) erforderliche Ausrüstung standardisiert und in Massenproduktion hergestellt werden kann. Der größte Vorteil der „Gewebe-Nanotransfektionstechnologie“ besteht darin, dass keine Viren als Vektoren verwendet werden müssen, wodurch das Risiko einer Entzündungsreaktion und eines Zelltods minimiert wird.

„Dieses Papier wird mehr Menschen dazu bringen, sich für regenerative Medizin zu interessieren“, sagte Chanda Sen, Direktor des Indiana Center for Regenerative Medicine and Engineering, der die Technologie erfunden hat.

Herstellung von hohlen Mikronadel-Arrays

Laut der Gebrauchsanweisung „Nanotransfektion“ ist die Änderung der Gewebefunktion in drei Schritte unterteilt (insgesamt 25 spezifische Operationsglieder): Vorbereitung von hohlen Mikronadel-Arrays, Vorbereitung von TNT-Geräten und Transfektion von Zellen. Als Erstes muss überlegt werden, welches Mikronadel-Array verwendet werden soll. Es stehen verschiedene Mikronadel-Arrays zur Verfügung, die Ihren Anforderungen entsprechen. Für die lokale Verabreichung von Plasmid-DNA in die Haut empfehlen die Autoren die Verwendung von Mikronadeln mit flachen Spitzen (siehe Abbildung 1A). Für die Verabreichung in tiefes Gewebe empfehlen die Autoren die Verwendung von Mikronadeln mit scharfen Spitzen, um das Eindringen in das Gewebe zu erleichtern (siehe Abbildung 1B oder 1C).

Verschiedene Mikronadeln | Quelle: Papier

Nachdem wir den Stil ausgewählt haben, beginnen wir mit der Handarbeit.

Zunächst wird eine Schicht Fotolack auf einen doppelseitig polierten 4-Zoll-Siliziumwafer (Si100) aufgetragen, und dann wird der Wafer mit dem Bosch-Verfahren einer tiefen reaktiven Ionenätzung (DRIE) unterzogen. Je nach Transfektionsbedarf können drei verschiedene Typen hohler Silizium-Mikronadeln hergestellt werden, darunter Typ I mit flacher Spitze (Abbildung 1E, Typ I), Typ II mit hervorstehender Spitze (Typ II) oder Typ III mit exzentrischer Bohrung (Abbildung 1F, g). Die beiden letztgenannten Arten von Mikronadel-Arrays mit scharfen Spitzen eignen sich besser zum Eindringen in Gewebe.

Wenn der Durchmesser des Nanokanals der Nadel verringert wird, erhöht sich die Geschwindigkeit, mit der die Nadel Biomoleküle ausgeben kann, entsprechend. Dies kann jedoch auch die Gesamtmenge der Moleküle begrenzen, die durch die Nadel gelangen können. Kleinere Nanokanaldurchmesser (250 V) erhöhen die Antriebskraft und erzeugen größere Poren in der Zellmembran, was die Plasmidabgabe erleichtert. Ist die Spannung jedoch zu hoch, wirkt sie toxisch auf die Zellen.

Die Autoren sagen, dass das ultimative Ziel dieses TNT-Chips mit einem hohlen Mikronadel-Array aus Silizium die Neuprogrammierung von Gewebe ist. Mithilfe dieses Chips konnten bei den Versuchsmäusen Gewebenekrosen in den Hinterbeinen vermieden werden und sogar die ins Gehirn transplantierten Nervenzellen verbesserten die neurologische Funktion von Schlaganfallmäusen.

Bislang haben Wissenschaftler noch keine groß angelegten klinischen Studien am Menschen durchgeführt. Doch sobald die Methode zur Herstellung von Nanochips Open Source ist, wird sie sicherlich das Interesse einer großen Zahl von Biohackern wecken.

Warten wir ab, welche magischen Entdeckungen dann gemacht werden.

Quellen:

https://www.nature.com/articles/s41596-021-00631-0

Geschrieben von: Liu Fang

Herausgeber: HS

Layout: Li Xuewei

Quelle: Academic Headlines