Optical transfection
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Unter optischer Transfektion versteht man das Einbringen von Nukleinsäuren in Zellen (Transfektion) mit Hilfe von Licht. Typischerweise wird ein Laser mit einem Mikroskopobjektiv mit hoher numerischer Apertur auf einen beugungsbegrenzten Spot mit ungefähr 1 µm Durchmesser fokussiert. Die Plasmamembran einer Zelle wird dann für eine kurze Zeit (typischerweise einige Millisekunden bis Sekunden) diesem stark fokussierten Licht ausgesetzt, wodurch eine transiente Pore auf der Membran erzeugt wird. Durch die Erzeugung einer Photopore können exogene Plasmid-DNA, RNA, organische Fluorophore oder größere Objekte wie Halbleiter-Quantenpunkte in die Zelle gelangen. Bei dieser Technik wird jeweils nur eine Zelle behandelt, was sie besonders für die Einzelzellanalyse geeignet macht.
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Optical transfection is a biomedical technique that entails introducing nucleic acids (i.e. genetic material such as DNA) into cells using light. All cells are surrounded by a plasma membrane, which prevents many substances from entering or exiting the cell. Lasers can be used to burn a tiny hole in this membrane, allowing substances to enter. This is tremendously useful to biologists who are studying disease, as a common experimental requirement is to put things (such as DNA) into cells.
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Optische Transfektion
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Optical transfection
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October 2022
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Unter optischer Transfektion versteht man das Einbringen von Nukleinsäuren in Zellen (Transfektion) mit Hilfe von Licht. Typischerweise wird ein Laser mit einem Mikroskopobjektiv mit hoher numerischer Apertur auf einen beugungsbegrenzten Spot mit ungefähr 1 µm Durchmesser fokussiert. Die Plasmamembran einer Zelle wird dann für eine kurze Zeit (typischerweise einige Millisekunden bis Sekunden) diesem stark fokussierten Licht ausgesetzt, wodurch eine transiente Pore auf der Membran erzeugt wird. Durch die Erzeugung einer Photopore können exogene Plasmid-DNA, RNA, organische Fluorophore oder größere Objekte wie Halbleiter-Quantenpunkte in die Zelle gelangen. Bei dieser Technik wird jeweils nur eine Zelle behandelt, was sie besonders für die Einzelzellanalyse geeignet macht. Vereinfacht gesagt, lassen Zellen normalerweise bestimmte Arten von Substanzen nicht in ihr Inneres. Mit Hilfe von Lasern kann ein winziges Loch in die Zelloberfläche gebrannt werden, durch das diese Substanzen eindringen können. Dies ist für Biologen, die Krankheiten untersuchen, von großem Nutzen, da eine häufige experimentelle Anforderung darin besteht, Stoffe (wie z. B. DNA) in Zellen einzubringen. Diese Technik wurde erstmals 1984 von Tsukakoshi et al. demonstriert, die eine frequenzverdreifachte Nd:YAG-Laser verwendeten, um eine stabile und transiente Transfektion von normalen Rattennierenzellen zu erzeugen. Seitdem wurde die optische Transfektion an einer Vielzahl von Säugetierzelltypen unter Verwendung verschiedener Laserquellen demonstriert, darunter 405 nm Dauerstrich (cw), 488 nm cw, oder mithilfe von Modenkopplung wie bei dem 800 nm Ti:Saphir oder der 1064 nm nanosekunden-gepulste Nd:YAG.
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Optical transfection is a biomedical technique that entails introducing nucleic acids (i.e. genetic material such as DNA) into cells using light. All cells are surrounded by a plasma membrane, which prevents many substances from entering or exiting the cell. Lasers can be used to burn a tiny hole in this membrane, allowing substances to enter. This is tremendously useful to biologists who are studying disease, as a common experimental requirement is to put things (such as DNA) into cells. Typically, a laser is focussed to a diffraction limited spot (~1 µm diameter) using a high numerical aperture microscope objective. The plasma membrane of a cell is then exposed to this highly focussed light for a small amount of time (typically tens of milliseconds to seconds), generating a transient pore on the membrane. The generation of a photopore allows exogenous plasmid DNA, RNA, organic fluorophores, or larger objects such as semiconductor quantum nanodots to enter the cell. In this technique, one cell at a time is treated, making it particularly useful for single cell analysis. This technique was first demonstrated in 1984 by Tsukakoshi et al., who used a frequency tripled Nd:YAG to generate stable and transient transfection of normal rat kidney cells. Since this time, the optical transfection of a host of mammalian cell types has been demonstrated using a variety of laser sources, including the 405 nm continuous wave (cw), 488 nm cw, or pulsed sources such as the 800 nm femtosecond pulsed Ti:Sapphire or 1064 nm nanosecond pulsed Nd:YAG.
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