来自根特大学的布雷克曼斯教授在过去的十年里一直致力于用光热纳米纤维制造治疗细胞的安全工程方法。今天，《自然纳米技术》将深入介绍这些生物相容性光热纳米纤维是如何开发出来的，以及在激光照射下，与这些纳米纤维接触的细胞是如何渗透的，并可以被各种效应分子转染，包括CRISPR/Cas9核糖核蛋白复合物和siRNA。布雷克曼斯教授和他的团队证明，转染了这种纳米纤维的细胞，如胚胎干细胞和人类T细胞，都非常健康，并保持了它们的治疗功能。
细胞疗法是一种较新的治疗形式，将经过基因改造的细胞注射到患者体内，以预防或治疗疾病。一个众所周知的例子是利用癌症患者自身的免疫细胞，这种细胞可以在实验室环境中分离、基因改造和扩增，然后重新注入患者体内来攻击肿瘤细胞。细胞的遗传修饰依赖于细胞内递送技术，这些技术往往难以获得足够的效率，同时对细胞的健康和功能的影响最小。
纳米粒子敏化光穿孔在这方面特别有前途，因为它通常具有高效率、高通量和低毒性。它是基于使用光响应纳米粒子，如金纳米粒子(NPs)，它可以在脉冲激光照射下形成爆炸性纳米气泡。这些微小的爆炸会在细胞膜上诱发小孔隙，使补充在细胞介质中的外部效应分子进入细胞。然而，由于细胞与(不可降解的)纳米颗粒接触，引起毒理学和监管方面的担忧，纳米颗粒敏化光穿孔转化为临床应用受到阻碍。
因此，需要一种新的方法来保留纳米颗粒敏化光穿孔的优点，同时避免纳米颗粒与细胞的直接接触。如图2所示，Braeckmans教授和他的团队将光热氧化铁纳米粒子(IONPs)嵌入到静电纺丝生产的生物相容性聚合物纳米纤维中。聚己内酯(PCL)是一种生物相容性聚合物，广泛应用于生物医学领域，而离子ps具有成本效益和广泛的光吸收光谱。
结果表明，在纳秒激光脉冲照射下，贴壁细胞和悬浮细胞都可以安全有效地转染一系列大分子。通过电感耦合等离子体串联质谱(ICP-MS/MS)进行元素分析，他们证实了离子离子在激光照射后仍然安全地嵌入纳米纤维中，从而使处理过的细胞有效地免受纳米粒子的直接暴露。为了更好地了解激光脉冲通量、IONP分布和聚集状态对细胞膜通透性的影响，对光纤嵌入的IONP向附近细胞的传热进行了数值模拟。
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实验表明，光热纳米纤维的光变形可以成功地将包括siRNA或CRISP-Cas9核糖核蛋白(RNPs)在内的功能性生物分子传递给贴壁细胞和悬浮细胞，包括人胚胎干细胞(hESC)和原代人T细胞。作为基准，与最先进的电穿孔进行了比较。虽然电穿孔细胞的表型和功能发生了变化，但光穿孔细胞却没有这种情况，光穿孔细胞保留了增殖的能力，并且在CAR-T细胞的情况下，杀死了肿瘤细胞。最后，利用PEN光穿孔技术转染靶向PD1受体(一种众所周知的免疫检查点抑制剂)的siRNA的CAR-T细胞。实验证实，经siPD1处理的细胞在体内具有增强的肿瘤杀伤能力。
总之，这表明光热纳米纤维的光穿孔可以在不接触潜在毒性的光热纳米颗粒的情况下，在各种细胞类型中高效、安全地递送广泛的效应分子。布雷克曼斯教授说:“我们相信这是朝着利用光穿孔安全有效地生产基因修饰细胞疗法迈出的重要一步。”
