Angesprühte Zellen
Durch Elektrospray erzeugte Wassertröpfchen machen Zellen durchlässig für externe DNA
Gentechnisch hergestellte Produkte sind heute nicht mehr wegzudenken. So stellen beispielsweise gentechnisch veränderte Bakterien Humaninsulin her. Eine zukünftige Gentherapie soll sogar Gene in Zellen eines erkrankten Organismus einbringen, damit sie dort Defizite beheben und Fehlfunktionen des Körpers kompensieren. Damit das klappt, muss fremde (oder synthetische) DNA in Wirtszellen eingeschleust werden, ein nicht gerade triviales Unterfangen. Japanische Forscher haben nun eine Methodik entwickelt, die eine echte Alternative zu den üblichen Verfahren darstellen könnte. Wie in der Zeitschrift Angewandte Chemie beschrieben, "beschießen" sie die Zellen mit Wassertröpfchen, die per Elektrospray erzeugt und beschleunigt wurden.
Für den DNA-Transfer in eine Wirtszelle gibt es verschiedene Methoden. Im einfachstem Fall dringt die Fremd-DNA durch eine porös gemachte Zellmembran in die Zelle ein, etwa durch Behandlung mit elektrischem Strom oder UV-Laser. Viren und Liposomen können als Gentransporter genutzt werden und die Erbsubstanz injiziert oder per "Partikelpistole" in die Zellen geschossen werden. Alle diese Methoden haben den Nachteil, entweder empfindliche Zellen stark zu schädigen oder aber ausgesprochen teuer und aufwändig zu sein.
Das Team von der Saitama University um Takafumi Sakai hat in Kooperation mit Kazuto Ikemoto (Mitsubishi Gas Chemical Company) nun eine Methode entwickelt, die eine echte Alternative darstellen könnte: Sie "beschießen" die Zellen mit winzigen elektrisch geladenen Wassertröpfchen. Die Tröpfchen reißen winzige Löcher in die Zellmembranen, durch die externe DNA-Moleküle eindringen können. Nach etwa einer Minute haben sich die Löcher wieder geschlossen, auch empfindliche Zellen überstehen die Prozedur unbeschädigt.
Die Methode basiert auf einer Elektrospray genannten Technik, die insbesondere in der Massenspektrometrie seit langem erfolgreich eingesetzt wird. Dabei wird die Spitze einer hauchfeinen Stahlkapillare unter hohe elektrische Spannung gesetzt. Ein hochgeladener Wassertropfen tritt aus und wird in viele mikro- bis nanoskopische Tröpfchen zerstäubt. Die noch immer geladenen Mikrotröpfchen werden im elektrischen Feld stark beschleunigt - in Richtung der Platte mit der Zellkultur.
Vorteil der neuen Methode: Sie ist für viele verschiedenste Arten von Zellen geeignet - Säuger-Zellkulturen und Bakterien, aber auch lebendes Gewebe, wie an Geflügel-Embryonen gezeigt wurde. Es werden keinerlei cytotoxische Reagenzien benötigt, die die Zellen schädigen, es wird nur mit reinem Wasser oder einer zellverträglichen Salzlösung gearbeitet. Die ganze Zellkulturplatte kann nach und nach "angesprüht" werden oder gezielt nur spezifische Punkte eines Gewebes. Dabei ist das benötigte Equipment einfach, kostengünstig und tragbar.
Originalveröffentlichung: Takafumi Sakai et al. ; "DNA Introduction into Living Cells by Water Droplet Impact with an Electrospray Process"; Angewandte Chemie 2007.
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