研究人员证明，通过化学“纳米爆破”在细胞膜上形成微小孔洞，是一种将治疗性小分子、蛋白质和DNA递送到活细胞中的创新技术。该技术利用激光激活碳纳米粒子，产生局部爆破效应，在细胞膜上打开临时通道，使细胞外液中的药物分子进入细胞。通过精确调节激光强度，研究团队成功将小分子标记化合物送入90%的靶细胞中，同时保持90%以上的细胞存活率。

这项研究由美国国家卫生研究院和乔治亚理工大学造纸科学技术研究所资助，成果发表于《自然·纳米技术》。化学与生物分子工程学院教授马克·普劳斯尼茨表示：“这项技术使我们能够开展许多目前无法实现的细胞内药物递送治疗，尤其适用于基因治疗——将DNA和RNA高效递送到细胞中，而传统方法往往效果不佳或存在安全隐患。”

研究人员此前尝试了多种方法，包括病毒载体、化学包裹、电场和超声波等，但均存在局限性。新技术基于“光声效应”，通过飞秒激光（每秒9000万次脉冲）照射直径为25纳米的炭黑粒子，粒子吸收近红外光后产生热量，使周围液体汽化，并与碳反应生成氢气和一氧化碳。这些气体在激光持续作用下形成不断增大的气泡，当激光停止时，气泡突然破裂，产生冲击波，在细胞膜上形成临时孔洞。药物通过孔洞进入细胞后，孔洞迅速闭合，细胞得以存活。

实验中，研究人员成功将小分子钙黄绿素、牛血清白蛋白和质粒DNA递送到人类前列腺癌细胞和小鼠胶质肉瘤细胞中。在90%以上细胞存活的激光能量下，90%的细胞摄取了钙黄绿素。进一步实验表明，递送进入细胞的质粒DNA仍保持功能，编码荧光素酶的基因表达水平提高了17倍。

为验证机制，研究人员用金纳米粒子替代碳纳米粒子，发现药物摄取显著降低，证实碳-蒸汽反应是纳米爆破的关键。此外，碳纳米管的效果也不如炭黑粒子。未来，研究团队计划使用更经济的纳秒激光替代飞秒激光，并优化碳纳米粒子以实现完全消化。尽管人体无法清除碳纳米粒子，但普劳斯尼茨认为其体内残留不会产生有害作用。

“这是首次证明激光激活碳纳米粒子反应可用于药物递送，”普劳斯尼茨说，“尽管距离临床应用还有很长的路，但我们乐观地认为，这项技术最终将提供一种安全有效的细胞内药物递送方法。”