Vergleich der durch Goldnanopartikel vermittelten Photoporierung: Dampfnanoblasen übertreffen direktes Erhitzen bei der Abgabe von Makromolekülen in lebenden Zellen

Es besteht ein großes Interesse daran, makromolekulare Wirkstoffe zu therapeutischen Zwecken, wie siRNA zur Genabschaltung, in lebende Zellen zu übertragen. Obwohl erheblicher Aufwand in die Entwicklung nichtviraler Nanotransporter zur Abgabe von Makromolekülen in Zellen gesteckt wurde, bleibt die Translokation der therapeutischen Moleküle aus den Endosomen nach der Endozytose in das Zytoplasma ein großes Hindernis. Laserinduzierte Photoporierung, insbesondere in Kombination mit Goldnanopartikeln, ist eine alternative physikalische Methode, die zunehmend Beachtung findet, um Makromoleküle in Zellen zu transportieren. Durch die Bindung von Goldnanopartikeln an die Zellmembran können nanoskalige Membranporen durch gepulste Laserbeleuchtung erzeugt werden. Abhängig von der Laserenergie entstehen Poren entweder durch direktes Erhitzen der AuNPs oder durch Dampfnanoblasen (VNBs), die sich um die AuNPs bilden können. Makromoleküle im umgebenden Zellmedium können dann direkt durch die Poren in das Zytoplasma diffundieren. Hier präsentieren wir eine systematische Bewertung beider Photoporierungsmechanismen hinsichtlich Zytotoxizität, Zellbeladung und siRNA-Transfektionseffizienz. Wir stellen fest, dass die Abgabe von Makromolekülen unter Bedingungen von VNBs viel effizienter ist als die direkte photothermische Störung der Plasmamembran ohne nennenswerte zytotoxische Wirkung. Interessanterweise kann durch das Abstimmen der Laserenergie die Porengröße verändert werden, was die Kontrolle über die Menge und Größe der in das Zytoplasma abgegebenen Moleküle ermöglicht. Da nur ein einzelner Nanosekunden-Laserpuls erforderlich ist, schließen wir, dass VNBs ein interessanter Photoporierungsmechanismus sind, der sich als sehr nützlich für eine effiziente hochdurchsatz Makromoleküle-Abgabe in lebenden Zellen erweisen könnte.