新加坡科技设计大学（SUTD）的研究人员利用微流控技术方面的专业知识开发了一种新的细胞变形方法，以促进细胞内的药物输送，这将革新细胞层面的个性化治疗。
近年来医疗研究取得了令人瞩目的进展，科学家们在细胞层面上获得了新的洞察力。这种更深层次的理解导致了针对一度被认为无法治愈疾病的更小、更个性化的治疗方法的发展。随着对遗传疾病和细胞反应知识的增长，大量研究集中在从根本上有效地改变它们。
为了使高级治疗起效，特别是那些在细胞层面进行的治疗，治疗剂必须直接输送到目标细胞中。然而，细胞具有阻止不需要物质进入的细胞膜，这对有效治疗输送提出了重大挑战。有两种主要方法可以克服这一障碍。第一种是使用载体帮助将药物带入细胞膜；第二种是创建暂时的孔洞（称为瞬态纳米孔），让药物进入。
“先前的研究告诉我们，细胞的快速变形和恢复对于实现细胞内输送的高效率至关重要。”SUTD的Ai Ye副教授说道。
然而，现有使用这两种方法的方法，如电穿孔和脂质转染，都可能导致不可逆的细胞损伤或引起高毒性。没有一种合适的促进治疗剂输送到目标细胞中的方法，使得诸如CAR-T细胞疗法和基因编辑等新技术的应用大多受到限制。
利用他们在单细胞级变形方面的微流控技术专长，Ai副教授和他的团队探索了使用不锈钢过滤器和粘弹性流体来机械地创建瞬态纳米孔。
他们在题为“Enhanced intracellular delivery via stainless steel filters and viscoelastic fluids: A high-efficiency alternative to conventional transfection”的论文中提出了一种可能打开细胞内输送研究新大门的新技术，并发表于《Analytical Chemistry》期刊。
最初，Ai副教授计划使用微流控芯片中的微缩窄道和粘弹性流体来实现细胞内输送——这是他之前研究中使用过的技术。在与其他研究小组和ARISE（Accelerating Research & Innovation for SUTD Entrepreneurs）项目中的公司商讨后，他意识到需要找到一个替代微流控芯片的方法来提高通量。
这促使他们想到用不锈钢过滤器代替传统微流控设备中使用的硅基晶片。不锈钢过滤器的开口大于平均细胞直径，有助于防止潜在的堵塞，从而最小化细胞死亡的可能性。
在这项研究中，不锈钢过滤器作为确保一致尺寸开口的模板，而粘弹性流体则对其施加力量，在细胞上机械地变形并创建瞬态纳米孔。测试团队原型的结果显示，这种方法可以达到高达94.7%的输送效率，同时也确保了细胞仍然保持较高的存活率。
Ai副教授解释说，这可以通过几微秒范围内的变形速度来实现。“如此短的变形时间能够快速在细胞膜上生成纳米孔，并迅速完成细胞内外体积交换，”他说。“因此，与电穿孔相比，细胞的损伤减少了。”
尽管结果很有希望，Ai副教授认为还需要更多的工作。“我们需要测试更多细胞来证明这种方法的普遍性，这仍需大量的努力。”
此外，他的团队计划构建一个独立的原型，以便商业实验室即使没有微加工能力也能更容易获得。总体而言，Ai副教授对该技术在细胞工程研究中的潜力持乐观态度。
“我们希望这项技术能降低研究人员参与改进CAR-T细胞疗法和基因编辑的要求，”他沉思道。“我们相信这项技术具有高度通用性和一致性，可以简化细胞工程的过程。”
更多信息: Qiang Zhao 等人，《Enhanced Intracellular Delivery via Stainless Steel Filters and Viscoelastic Fluids: A High-Efficiency Alternative to Conventional Transfection》，Analytical Chemistry (2025)。DOI: 10.1021/acs.analchem.5c02251
期刊信息: Analytical Chemistry
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