[发明专利]用于选择性转染细胞的光热衬底

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年5月13日提交的USSN61/486,114的权益和优先权，其通过引用整体并入本文用于所有目的。

关于在联邦资助的研究和开发下做出的发明权利的声明

[不适用]

发明背景

在生物学的许多领域中，将宽范围的1种尺寸的待运物（包括蛋白、DNA、RNA、染色体、细胞核和无生命的颗粒，诸如量子点、表面增强的拉曼散射(SERS)颗粒和微珠）转移进哺乳动物细胞中是非常合乎需要的。诸如胞吞等递送方法可以将待运物捕捉进核内体中，在此处的低pH微环境和裂解酶经常导致待运物降解(Luo and Saltzman(2000)Nat.Biotechnol.18:33-37)。病毒和化学递送方法会将待运物包装在病毒内或形成增强摄取的化学复合物(Naldini et al(1996)Science,272:263-267;Felgner et al(1987)Proc.Natl.Acad.Sci.USA,84:7413-7417)。但是，毒性、细胞类型特异性的摄取和更重要的有限待运物包装能力会对待运物尺寸和可转移的细胞类型产生显著约束(Luo and Saltzman,出处同上)。

物理转移方法包括：电穿孔(Chu,et al(1987)Nucleic Acids Res.15:1311-1326)和声致穿孔(Mitragotri(2005)Nat.Rev.Drug Discovery,4:255-260)（它们产生随机分布的纳米级微孔），以及光穿孔(Tirlapur and Konig(2002)Nature,418:290-291;Vogel,et al(2005)Appl.Phys.B:Laser Opt.,81:1015-1047;Clark et al(2006)J.Biomed.Opt.,11:014034)（其在激光焦点处在细胞膜上产生微孔）。穿过这些微孔，通过热扩散或通过电场将小待运物递送进细胞中。用这些方法递送大待运物的效率较低，因为待运物扩散的速度较慢和细胞存活力随着孔径增大而下降(Stevenson et al(2006)Opt.Express,14:7125-7133)。微毛细管注射(King(2004)Methods in Molecular Biology245:Gene Delivery to Mammalian Cells1;Humana Press Inc.:Totowa,NJ)使用尖锐的移液管尖部机械地穿透细胞膜进行递送。但是，为了维持细胞存活力，由膜穿透造成的机械创伤将典型的移液管尖部限制为0.5um直径(Han et al(2998)J.Nanomed.Nanotechnol.Biol.Med.,4:215-225)。

由于移液管堵塞和待运物剪切，不可注射大于移液管尖部的待运物。电注射（其组合了电穿孔和微毛细管注射）已经证实了向活细胞中的小分子（诸如RNA和质粒DNA）递送(Boudes et al(208)J.Neurosci.Meth.,170:204-211;Kitamura et al(2008)Nat.Meth.,5:61-67)和向人工脂囊泡中的细菌递送(Hurtig and Orwar(2008)Soft Matter,4:1515-1520)，其中通过使细胞膜与电场接触进行弱化，然后轻轻地机械穿透进细胞中。可替换地，简单的脂质辅助的显微注射(SLAM)技术(Laffafian and Hallett(1998)Biophys.J.,75:2558-2563)将合成的脂质分子整合在玻璃微毛细管的尖部。SLAM微量移液管与细胞膜的接触允许脂质分子与细胞膜融合以形成连续的且暂时的待运物递送通路。该方法避免了微量移液管尖部穿过细胞膜的曲折刺穿运动。但是，与待运物和细胞膜的亲脂相互作用可以产生在细胞中的以及与递送待运物的不希望的生物学效应，从而将该方法限于特定细胞类型和待运物含量。

发明概述

在某些实施方案中，本发明提供了一种细胞手术工具，其可以在显著减小对细胞的损伤或应激下实现细胞的非常局部的穿透。在某些实施方案中，提供了一种细胞显微手术工具，其中所述工具包含微毛细管(例如，微量移液管)，所述微毛细管在尖部处和/或尖部附近具有可通过施加电磁能而被加热的金属膜或多个纳米颗粒。