Articles

rajat biotekniikassa ja biotekniikassa

Johdanto

Magnetosomit ovat magnetotaktisten bakteerien tuottamia solunsisäisiä rakenteita, jotka koostuvat magneettisista nanohiukkasista, joita ympäröi kaksikerroksinen lipidikalvo. Ne ovat herättäneet paljon huomiota bioteknologian sovelluksissa. Tämä johtuu alla luetelluista houkuttelevista ominaisuuksista, joita ei yleensä löydy kemiallisesti syntetisoiduista nanopartikkeleista.

(i) magnetosomit ovat magneettisia nanohiukkasia, joilla on kapea kokojakauma ja yhtenäinen morfologia, kun magnetotaktisia bakteereja viljellään optimaalisissa olosuhteissa, eli pääasiassa käyttämällä alhaista happipitoisuutta (vaihteli välillä 0,25-10 mbar, Heyen and Schüler, 2003) kasvun aikana. Näissä olosuhteissa magnetosomin kokojakauma voi olla niinkin pieni kuin ~10 nm magnetosomin ollessa tyypillisesti 45-55 nm yleisimmin tutkituilla magnetotaktisten bakteerien lajeilla (AMB-1 ja MSR-1) (Bazylinski and Frankel, 2004; Taylor ja Barry, 2004).

(ii) magnetosomien ydin koostuu yleensä magnetiitista (Fe3O4), joka voi hapettua maghemiitiksi (yFe2O3). Magnetosomiydin on myös yleensä hyvin puhdasta ja kiteistä (Bazylinski and Frankel, 2004).

(iii) magnetosomit ovat yleensä suuria yhden magneettisen domeenin nanohiukkasia. Tämä johtaa magneettiseen hetkeen, joka on termisesti stabiili fysiologisessa lämpötilassa. Siksi se tuottaa parempia magneettisia ominaisuuksia kuin kemiallisesti syntetisoiduissa rautaoksidinanopartikkeleissa, jotka ovat yleensä superparamagneettisia ja joilla on termisesti epävakaa magneettinen momentti. Se tuottaa myös suuria arvoja koersiivisuus (HC ~ 20-40 mT) ja suhde remanent ja saturaatio magnetointi (Mr / Ms ~ 0,4–0,5) (Pan et al., 2005; Alphandéry ym., 2008). Jäljempänä kuvatuissa erityisolosuhteissa nämä magneettiset ominaisuudet johtavat magnetosomien suurempiin lämmityskapasiteetteihin ja parempiin magneettikuvausaineisiin kuin kemiallisesti syntetisoitujen nanohiukkasten.

(iv) magnetosomit ovat yleensä järjestäytyneet ketjuiksi bakteerien sisällä. Tämä järjestely on riittävän vakaa säilyäkseen senkin jälkeen, kun bakteerit ovat häirinneet magnetosomien eristämistä. Tällainen järjestely on houkutteleva, koska se estää aggregaation ja tuottaa korkea sisäistymisen sisällä ihmisen soluja, kaksi ominaisuutta, jotka ovat yleensä haluttuja lääketieteellisiin sovelluksiin (Alphandéry et al., 2011b, 2012a).

(v) magnetosomeja peittää biologinen materiaali, joka koostuu suurimmasta osasta lipidejä ja vähemmistö proteiineista. Tämä biologinen pinnoite johtaa negatiivisesti varautuneisiin magnetosomeihin, joilla on hyvä dispersio vedessä (Alphandéry et al., 2011b, 2012a). Kemiallisesti syntetisoidut nanopartikkelit eivät sen sijaan ole luonnostaan Pinnoitettuja, ja niitä on stabiloitava esimerkiksi peittämällä ne dekstraani-tai PEG-molekyyleillä. Tämä yleensä tekee niiden synteesin monimutkaisemmaksi kuin magnetosomien.

(vi) magnetosomit voidaan helposti funktionalisoida, koska niiden pinnalla on erilaisia kemiallisia ryhmiä (Sun et al., 2011).

(vii) on julkaistu menetelmiä, joiden avulla voidaan tuottaa suuri määrä magnetosomeja jopa 170 mg/L/vrk magnetosomeja (Matsunaga et al., 1990, 1996; Yang et al., 2001; Heyen ja Schüler, 2003; Sun et al., 2008a; Liu et al., 2010; Zhang et al., 2011; Alphandéry ym., 2012b).

(viii) kun magnetosomit valmistetaan erityisolosuhteissa, niiden biologinen yhteensopivuus on suuri ja myrkyllisyys vähäistä (Xiang et al., 2007; Sun ym., 2010).

(ix) lopuksi magnetosomeja saadaan viljelemällä magnetotaktisia bakteereja kasvualustassa, joka ei ole myrkyllinen (esimerkiksi AMB-1-lajille ATCC-medium 1653). Tämä on ristiriidassa myrkyllisten tuotteiden kanssa, joita käytetään usein kemiallisesti syntetisoitujen nanohiukkasten valmistuksessa.

Magnetotaktisten bakteerien ja bakteerien Magnetosomien suspensioiden valmistus

levitystyypistä riippuen voidaan valmistaa erityyppisiä suspensioita, jotka sisältävät joko magnetotaktisia bakteereja tai eristettyjä magnetosomeja. Esimerkiksi kasvainten kohdentamiseen on ehdotettu elävien magnetotaktisten bakteerien suspensioita, joita annetaan suonensisäisesti ja joita luonnollisesti houkuttelee kasvaimen anoksinen ympäristö (Benoit et al., 2009). Kuitenkin elävien magnetotaktisten bakteerien käyttöä lääketieteellisiin sovelluksiin ei todennäköisesti hyväksytä sääntelyvirastot (FDA Yhdysvalloissa, EMA Euroopassa), ja tämä tarkastelu keskittyy magnetosomeihin, jotka todennäköisesti hyväksytään kliinisiin kokeisiin. Syöpien hoitoon magneettisen hypertermian avulla on ehdotettu käytettäväksi suspensioita, jotka sisältävät magnetosomien ketjuja (magneettisten nanohiukkasten ketjuja), jotka on uutettu magnetotaktisista bakteereista (Alphandéry et al., 2011a, b, 2012a, 2013). Muissa sovelluksissa käytetyt magnetosomit on eristetty magnetotaktisista bakteereista ja käsitelty niitä ympäröivän biologisen materiaalin poistamiseksi. Ne on sitten päällystetty lipideillä stabiloimiseksi (Yoshino et al., 2007). Amb-1 -, MSR-1-tai MS-1-kantoja voidaan ostaa ATCC-tai DSMZ-kantakokoelmasta eläviä kokonaisia magnetotaktisia bakteereja sisältävien suspensioiden valmistamiseksi mukana olevalla kasvuprotokollalla. Kuviossa 1a esitetään TEM (transmission electron mikroskooppinen) kuva tyypillisestä kokonaisesta magnetotaktisesta bakteerista, joka sisältää useita magnetosomiketjuja. magnetotaktisten bakteerien eri kannoista MSR-1 on saavuttanut magnetosomin tuotannon suurimman tuotoksen (170 mg/l/vrk) (Zhang et al., 2011), ja siksi näyttää olevan lupaava kanta lääketieteellisiin sovelluksiin, jotka vaativat suuren määrän magnetosomeja. Magnetosomien uutettuja ketjuja, kuten kuvassa 1B esitettyjä ketjuja, sisältävien suspensioiden saamiseksi jälkimmäiset voidaan eristää magnetotaktisista bakteereista joko sonikoimalla (Taoka et al., 2006; Sun ym., 2008b; Alphandéry ym., 2011b), natriumhydroksidihoito (Philipse ja Maas, 2002), ranskankielinen puristin (Grünberg et al., 2004; Matsunaga ym., 2007; Xiang et al., 2007)tai painehomogenisaattorilla (Guo et al., 2011; Tang et al., 2012). Erilaisia menetelmiä on myös ehdotettu magnetosomien suspension puhdistamiseksi uuttamisen jälkeen, jossa magnetosomit erotetaan joko magneettisesti solujätteestä (Grünberg et al., 2001; Alphandéry ym., 2011b, 2012a), käsittely proteinaasi K: lla pintaproteiinien poistamiseksi (Guo et al., 2011), fenyylimetyylisulfonyylifluoridi proteaasin toiminnan estämiseen, DNaasi I DNA: n poistamiseen (Sun et al., 2007). Yleisimmin käytetty sterilointimenetelmä magnetosomisuspensioille on gammasäteet (Guo et al., 2011). Magnetosomit voidaan stabiloida veteen. Ennen kuin sitä annetaan ihmiselle, magnetosomien suspensiot on myös määriteltävä. Magnetosomeja ympäröivää biologista materiaalia voidaan luonnehtia kromatografialla, infrapunaspektroskopialla, SDS-sivulla ja massaspektroskopialla (Grünberg et al., 2004). TEM: n avulla voidaan mitata magnetosomien kokoa ja todentaa magnetosomiytimen korkea kiteisyys. Magneettisia mittauksia voitaisiin tehdä myös Verwey-siirtymän havaitsemiseksi, jolloin magnetiitin esiintyminen magnetosomeissa paljastuisi (Alphandéry et al., 2008). Lopuksi on myös mahdollista saada suspensioita yksittäisistä magnetosomeista, jotka on eristetty magnetotaktisista bakteereista (Kuva 1c), joissa suurin osa biologisesta materiaalista on poistettu kuumentamalla magnetosomisuspensioita 5 tunnin aikana 90°C: n lämpötilassa 1 prosentin SDS: n läsnä ollessa (Alphandéry ym., 2011b, 2012a).

kuva 1
www.frontiersin.org

Kuva 1. Transmissioelektronimikroskopiakuvat yhdestä magnetotaktisesta bakteerista (A), joka koostuu magnetosomien ketjuista, jotka on uutettu kokonaisista magnetotaktisista bakteereista (B) yksittäisistä magnetosomeista, jotka on irrotettu ketjuista lämmön ja SDS-käsittelyn avulla (C).

bakteerien Magnetosomien myrkyllisyys ja Biodistribution

bakteerien magnetosomien sytotoksisuuden havaittiin riippuvan voimakkaasti testattavasta solutyypistä. Hepatooma H22-soluissa (maksasyöpäsoluissa) ja promyelosyyttisissä hl60-soluissa (leukemiasoluissa) bakteerien magnetosomeissa alkoi näkyä sytotoksisuuden merkkejä suhteellisen alhaisilla magnetosomipitoisuuksilla 9 µg/mL (Sun et al., 2010). Toisaalta fibroblastien ja rintasyöpäsolujen, kuten EMT-6-solujen tai MDA-MB-231-solujen, magnetosomit eivät olleet sytotoksisia alle ~1 mg/mL (Xiang et al., 2007; Sun ym., 2010; Alphandéry ym., 2011b). Sytotoksisuuden havaittiin riippuvan myös itämisajasta (Alphandéry ym., 2008). Yli 1 mg/mL: n magnetosomipitoisuuksilla sytotoksisuuden havaittiin olevan vähäistä, kun inkubaatioaika oli alle 24 h. toisaalta alle 1 mg/mL: n magnetosomipitoisuuksilla sytotoksisuus pysyi alhaisena jopa yli 24 tunnin inkubaatioajan. magnetosomien sytotoksisuus näyttää olevan verrattavissa superparamagneettisten rautaoksidinanohiukkasten (SPION) sytotoksisuuteen, sillä niiden havaittiin olevan sytotoksisia yli 100 µg/mL: n pitoisuudella (Karlsson ym., 2008; Ankamwar ym., 2010; Singh et al., 2010). Myös bakteerien magnetosomien akuuttia myrkyllisyyttä tutkittiin. Todettiin, että bakteeriperäisten magnetosomien laskimonsisäisessä annostelussa rotat saattoivat selviytyä enintään 480 mg/kg annettujen magnetosomien määrästä (Liu et al., 2012). Tämä nanohiukkasten määrä on suurempi kuin 135 mg / kg spionille (Liu et al., 2012). Myös magnetosomien immunotoksisuutta raportoitiin. Tätä varten kanien korviin annettiin 1 mg bakteerimagnetosomien (magneettisten nanohiukkasten) suspensiota ja kanien lämpötiloja seurattiin (Sun ym., 2010). Havaittiin, että kanien lämpötilat eivät nousseet magnetosomien suspensioiden antamisen jälkeen. Tämä tulos yhdessä muiden vertailussa esitettyjen tulosten kanssa (Sun et al., 2010) kannattavat ajatusta, että magnetosomit eivät ole pyrogeenisiä, kun ne valmistetaan Sun et al-julkaisussa kuvatuissa erityisolosuhteissa. (2010).

magnetosomien biodistribuutiosta voi syntyä erilaisia tilanteita. Eliö voi metaboloida magnetosomit ja muuttaa ne vapaaksi raudaksi. Ne voivat myös jäädä kiteytyneinä nanohiukkasina. Molemmissa tapauksissa vapaa rauta tai kiteytyneet magnetosomit voivat joko kertyä eliöön tai eliminoitua ulosteisiin tai virtsiin. Magnetosomien biodistribuution ymmärtämiseksi jälkimmäiset on sekoitettu naudan haiman proteiineihin, jotka simuloivat lysosomien toimintaa. Havaittiin, että proteaasit hajottivat magnetosomit 28 päivän kuluttua, mikä viittaa siihen, että lysosomit hajottavat magnetosomeja (Liu et al., 2012). Magnetosomeja on myös annettu laskimoon rotilla (Sun et al., 2009)ja hiiret (Liu et al., 2012), ja havaittiin, että ne päätyvät maksan ja pernan lysosomeihin (Sun ym., 2009; Liu et al., 2012). Nämä tulokset viittaavat siihen, että retikuloendoteelijärjestelmä poistaa magnetosomit verenkierrosta ja että magnetosomit sitten muuntuvat vapaaksi raudaksi (Sun ym., 2009). Tässä tutkimuksessa (Sun et al., 2009), magnetosomeja ei löytynyt ulosteista eikä virtsasta tai rotista. Muissa tutkimuksissa magnetosomeja on kuitenkin löydetty rottien ulosteista intratumoraalisen annostelun jälkeen(Alphandéry ym., 2011b) tai suonensisäisesti annettuna, kuten TEM: n ulostehavainnoilla (julkaisemattomat tulokset, joita olemme saaneet) on havaittu. Voimme päätellä, että kun se on annettu organismissa, osa magnetosomeista todennäköisesti muuttuu vapaaksi raudaksi, kun taas toinen osa jää kiteytyneeseen muotoon ja eliminoituu ulosteeseen. Lisätutkimuksia tarvitaan kuitenkin magnetosomin biodistribuution ymmärtämiseksi paremmin.

Magnetosomien käyttö magneettikuvauksessa, magneettisessa Hypertermiassa ja lääkkeiden annostelussa

magneettikuvaus

useat tutkimukset raportoivat bakteerien magnetosomien käytöstä positiivisina tai negatiivisina varjoaineina. Benoit ym. (2009) ovat osoittaneet käyttämällä MRI että magnetotaktiset bakteerit on luonnollinen taipumus kohdistaa kasvaimia hiirillä, kun niitä annetaan laskimoon. Tässä tutkimuksessa magnetotaktiset bakteerit visualisoitiin kasvaimissa magneettikuvauksen avulla. Osan magnetosomeista osoitettiin tuottavan T1 (longitudinal relaksation times)-painotettua positiivista kontrastia, mikä paransi magnetotaktisten bakteerien visualisointia kasvaimissa. Toinen mielenkiintoinen näkökohta tässä raportissa on havainto, että pienet magnetosomit, joiden keskikoko on ~25 nm, tuottavat positiivisen kontrastin, kun taas suuret magnetosomit, joiden keskikoko on ~50 nm, eivät tuota tällaista kontrastia. Pienten magnetosomien kohdalla T1-painotetun MAGNEETTIKUVAUSSIGNAALIN on myös havaittu lisääntyvän bakteeripitoisuuksien kasvaessa edellyttäen, että bakteeripitoisuus jää alle kynnysarvon 0.5 1010 solua / mL. Yli 0, 5×1010 solua/mL T1-painotettu MAGNEETTIKUVAUSSIGNAALI pienenee kilpailevan T2 (transversal relaksation times) – vaikutuksen vuoksi. Yleensä hyville varjoaineille on ominaista erittäin korkea relaksiviteetti (T2: n relaksaatioajan käänteisarvo, yleensä R2) ja hyvin lyhyet T2: n arvot. Tällaiset R2: n korkeat arvot voidaan saavuttaa magnetosomeilla. On todellakin osoitettu, että geeliin suljettujen magnetosomien ja ferrimagneettisten nanohiukkasten arvot poikkeavat ferridexistä ja ovat ominaisuuksiltaan samanlaisia kuin magnetosomien arvot r2 ovat yhtä korkeat kuin 1175 mM ja 324 mM s−1 (Hu et al., 2010; Lee et al., 2011). Nämä kaksi arvoa ovat suurempia kuin R2 ~ 133 mM s−1: n arvo, joka löytyy kemiallisesti syntetisoiduista nanopartikkeleista ferridex, jotka on tällä hetkellä hyväksytty ja testattu klinikalla magneettikuvauksen varjoaineina (Lee et al., 2011).

magneettinen hypertermia

Magnetosomit ovat myös hyviä ehdokkaita syöpien hoitoon magneettisen hypertermian avulla. Magneettinen hypertermia on tekniikka, jossa magneettisia nanohiukkasia annetaan (tai lähetetään) kasvaimiin ja sitten kuumennetaan vaihtuvan magneettikentän avulla. Kuumuus aiheuttaa kasvaimen vastaista toimintaa. Ollakseen tehokas magneettisessa hypertermiassa nanohiukkasten on siis tuotettava suuri määrä lämpöä. Magnetosomeilla on hyvät lämmitysominaisuudet lähinnä suuren kokonsa, fysiologisessa lämpötilassa vallitsevan ferromagneettisen käyttäytymisensä ja suuren kristallipitoisuutensa vuoksi. Ferrimagneettisissa nanohiukkasissa vaihtuvan magneettikentän vaikutuksesta syntyvän lämmön määrä on oleellisesti verrannollinen niiden hystereesisilmukan pinta-alaan, joka kasvaa nanohiukkasten koon kasvaessa. Useimmissa tapauksissa HC ja Mr/Ms, jotka ovat verrannollisia hystereesisilmukoiden pinta-alaan, lisääntyvät nanohiukkasten koon kasvaessa. Magnetosomien tuottaman lämmön määrä on arvioitu mittaamalla magnetosomihäviöitä jaksoittain, jotka määritellään magnetosomien SAR-arvoina (ominaisabsorptionopeudet) jaettuna käytetyn magneettikentän taajuudella. Magnetosomin häviöiden sykliä kohti havaittiin kasvavan magneettikentän voimakkuuden kasvaessa 0,1: stä 0,2: een J/kg (joulea kilogrammaa kohti kuumennettujen magnetosomien sisältämää rautaa) magneettikentän voimakkuuden ollessa 6 mT (Hergt et al., 2005, 2008; Dutz et al., 2007; Timko et al., 2009, 2013), enintään 0.5-1 J/kg, kun magneettikentän voimakkuus on 12 mT (Hergt et al., 2005, 2008; Dutz et al., 2007; Sun ym., 2009). Nämä arvot ovat suurempia kuin SPION lähinnä silloin, kun magneettikentän voimakkuus on suurempi kuin 10 mT (Alphandéry et al., 2011a).

magnetosomien lämmitysmekanismeja on myös tutkittu(Alphandéry ym., 2011a). Tämän tutkimuksen tavoite (Arakaki et al., 2008), oli määrittää, minkä tyyppinen magnetosomien välillä magnetosomit sisältyvät koko magnetotaktiset bakteerit, ketjut magnetosomien eristetty magnetotaktiset bakteerit, ja yksittäisten magnetosomien irrotettu ketjut lämmön ja SDS hoitoja, on sopivin ehdokas magneettinen hypertermia hoitoon kasvaimia. On periaatteessa kaksi mekanismia, jotka voivat tuottaa lämpöä, kun magnetosomit altistuvat vaihtuvalle magneettikentälle. Ne johtuvat joko magnetosomien magneettisen momentin kääntymisestä tai magnetosomien fysikaalisesta pyörimisestä vaihtuvan magneettikentän vaikutuksesta. Jotta vältettäisiin pyörimisen vaikutus magnetosomien lämmitysmekanismiin, kokonaisten magnetotaktisten bakteerien suspensiot, jotka eivät tuota lämpöä pyörimällä, on altistettu vaihtuvalle magneettikentälle (Alphandéry ym., 2011a). Tällaisten kokonaisten magnetotaktisten bakteerien suspensioiden osalta mitattiin 1,1 J/kgFe sykleissä 23 mT ja 8 J/kgFe sykleissä 88 mT. Magnetosomien ketjujen pyörimisen mahdollistamiseksi jälkimmäiset erotettiin magnetotaktisista bakteereista sonikoimalla. Näiden magnetosomien uutettujen ketjujen hävikki sykliä kohti kasvoi 5 J/kgFe 23 mT: n kohdalla ja 11 J/kgFe 83 mT: n kohdalla (Alphandéry ym., 2011a), joka osoittaa, että magnetosomien ketjujen kierto vaikuttaa lämmitysmekanismiin. Lopuksi magnetosomit on irrotettu ketjuista lämpö-ja SDS-käsittelyllä yksittäisten magnetosomien suspensioiden tuottamiseksi. Yksittäisten magnetosomien SAR-arvot (5 J / kgFe 23 mT: ssä ja 9 j/kgFe 83 mT: ssä (Alphandéry et al., 2011a)) olivat suhteellisen samanlaisia kuin magnetosomien ketjut. Siksi ei ollut mahdollista päättää, mikä magnetosomien ketjujen tai yksittäisten magnetosomien välillä olisi paras ehdokas kasvainten magneettiseen hypertermiaan in vivo (Alphandéry et al., 2011a). Sen vuoksi molempia magnetosomityyppejä testattiin in vivo.

magnetosomien kasvaimen vastaisen aktiivisuuden arvioimiseksi (Alphandéry ym., 2011b), 100 µL suspensioita, jotka sisälsivät joko yksittäisiä magnetosomeja tai magnetosomien ketjuja pitoisuutena 10 mg/mL, annettiin MDA-MB-231: n rintakasvainten keskelle xeno-oksastettuna hiirten ihon alle kuvan 2 kaaviossa esitetyn protokollan mukaisesti. Tämän jälkeen hiiret altistettiin vaihtuvalle magneettikentälle, jonka keskimääräinen kenttävoimakkuus oli ~20 mT ja taajuus 198 kHz kolme kertaa 20 minuutin aikana. Tämä aiheutti kasvaimen lämpötilan nousun jopa ~43°C: seen. Magnetosomien ketjuilla tehty hoito johti kasvaimen täydelliseen häviämiseen 30 päivää hoidon jälkeen useilla hiirillä (kuva 2), kun taas yksittäisten magnetosomien käyttö ei tuottanut merkittävää kasvaimen vastaista aktiivisuutta (Alphandéry ym., 2011b). Hoidon tehokkuuden katsottiin johtuvan toisaalta kasvainsolujen sisällä olevien magnetosomien ketjujen sisäistämisestä, joka mahdollisti solunsisäisen kuumentumisen ja siten tehokkaan syöpäsolujen tuhoutumisen. Toisaalta magnetosomien ketjujen tehon kerrottiin johtuvan niiden homogeenisesta jakautumisesta koko kasvaimeen, mikä johtuu useimmiten niiden vähäisestä aggregoitumisesta.

kuva 2
www.frontiersin.org

kuva 2. Kaaviokuva, jossa esitetään hiiren hoito magneettisen hypertermian avulla. Hiirellä on ihonsa alla rintakasvain xeno. Kasvaimen keskelle annostellaan magnetosomien suspensio, jonka jälkeen hiiri sijoitetaan Kelan sisään, jossa vaihteleva magneettikenttä levitetään kolme kertaa 20 minuutin aikana. Kasvain katoaa 30 päivää hoidon jälkeen, kuten näkyy oikeassa alakuvassa.

lääkejakelu

johtuen erilaisten kemiallisten ryhmien esiintymisestä magnetosomien pinnalla on mahdollista konjugoida lääkeaineita kuten doksorubisiinia magnetosomipintaan (Sun ym., 2007, 2008b). Doksorubisiinin konjugoituneet magnetosomit on testattu maksasyöpää vastaan kasvainlääkkeinä. On osoitettu, että konjugoimalla doksorubisiini magnetosomeihin oli mahdollista lisätä hieman kasvaimen vastaista aktiivisuutta pelkän doksorubisiinin 79%: sta magnetosomeihin sitoutuneen doksorubisiinin 87%: iin (Sun ym., 2007, 2008b). Magnetosomien käytön etu johtuu lähinnä myrkyllisyyden vähenemisestä. Vaikka doksorubisiini on erittäin myrkyllistä yksinään käytettynä 80%: n kuolleisuudella, magnetosomeihin sitoutunut doksorubisiini on paljon vähemmän myrkyllistä 20%: n kuolleisuudella (Sun ym., 2007, 2008b). Siksi hyöty-riskisuhde kasvaa huomattavasti, kun doksorubisiini konjugoidaan magnetosomeihin, mikä osoittaa magnetosomeihin konjugoitujen lääkkeiden potentiaalin syöpähoitoihin.

muissa bakteerien Magnetosomien lääketieteellisissä sovelluksissa

Magnetosomeja voidaan käyttää muissa sovelluksissa, esimerkiksi nukleotidipolymorfismin havaitsemiseen, mikä on hyödyllistä sairauksien kuten syövän, verenpainetaudin tai diabeteksen diagnosoinnissa, solujen erottamisessa tai DNA: n havaitsemisessa (Arakaki et al., 2008). Solujen erottamiseksi on testattu magneettihelmiä tai SPIONIA. Kuitenkin nämä kaksi magneettisten materiaalien esittää haittoja. Magneettiset helmet ovat suuria ja estävät siten soluja jakautumasta ja jakautumasta oikein. SPIONIT sen sijaan ovat vain heikosti magneettisia johtuen niiden epävakaasta magneettisesta momentista fysiologisessa ja huoneenlämpötilassa, minkä vuoksi ne ovat heikosti tehokkaita erottamaan soluja. Sen sijaan magnetosomit ovat kooltaan pienempiä kuin magneettihelmet ja ovat FERRIMAGNEETTISTEN ominaisuuksiensa vuoksi voimakkaammin magneettisia kuin SPION. Tämä tekee niistä ihanteellisia ehdokkaita sovelluksiin soluerotuksessa (Arakaki et al., 2008). Magnetosomeja on käytetty myös immunomäärityksissä, esimerkiksi pienten molekyylien, kuten epäpuhtauksien, hormonien tai myrkyllisten pesuaineiden havaitsemiseen. Nämä molekyylit on kiinnitetty magnetosomin pintaan vasta-aineiden avulla, jotka nimenomaan sitoutuvat niihin. Magnetosomien ja näiden molekyylien muodostama kompleksi on sitten havaittu (Arakaki et al., 2008). Lopulta magnetosomeista on saatu dna: ta. Sitä varten niitä on muokattu ja peitetty DNA: ta yhdistävillä aminosilaanikerroksilla. Magnetosomien ja DNA: n muodostama kompleksi on sitoutunut magneettiseen kolonniin ja DNA on kerätty eluutiolla fosfaattipuskurilla (Arakaki et al., 2008).

lopuksi, olemme esittäneet tässä katsauksessa useita magnetosomien lääketieteellisiä sovelluksia ja olemme myös lyhyesti kuvailleet muutamia menetelmiä, joilla magnetosomeja voidaan valmistaa näihin sovelluksiin.

Eturistiriitalausunto

kirjoittaja ilmoittaa, että tutkimus tehtiin ilman kaupallisia tai taloudellisia suhteita, joita voitaisiin pitää mahdollisena eturistiriitana.

Alphandéry, E., Chebbi, I., Guyot, F., and Durand-Dubief, M. (2013). Use of bacterial magnetosomes in the magnetic hyperthermia treatment of tumours: a review. Int. J. Hypertermia 29, 801-809. doi: 10.3109/02656736.2013.821527

PubMed Abstrakti / Pubmed kokoteksti | CrossRef kokoteksti

Alphandéry, E., Faure, S., Raison, L., Duguet, E., Howse, P. A., and Bazylinski, D. A. (2011A). Lämmön tuotanto bakteerien magnetosomien altistuessa värähtelevälle magneettikentälle. J. Phys. Kemiaa. C 115, 18-22. doi: 10.1021/jp104580t

CrossRef koko teksti

Alphandéry, E., Faure, S., Seksek, O., Guyot, F., and Chebbi, I. (2011b). Amb-1-magnetotaktisista bakteereista erotettujen magnetosomien ketjut käytettäväksi vaihtoehtoisessa magneettikenttäsyövän hoidossa. ACS Nano 5, 6279-6296. doi: 10.1021 / nn201290k

Pubmed Abstrakti / Pubmed koko teksti | CrossRef koko teksti

Alphandéry, E., Guyot, F., and Chebbi, I. (2012a). Magnetosomien ketjujen valmistus, joka on eristetty MAGNETOSPIRILLUM magneticum-kannasta AMB-1 magnetotaktiset bakteerit, jolloin kasvaimia voidaan hoitaa tehokkaasti magneettisen hypertermian avulla. Int. J. Pharm. 434, 444–452. doi: 10.1016 / J.ijpharm.2012. 06. 015

Pubmed Abstrakti | Pubmed kokoteksti | CrossRef kokoteksti

Alphandéry, E., Amor, M., Guyot, F., and Chebbi, I. (2012b). Rautaa kelatoivien aineiden vaikutukset Magnetospirillum magneticum-kantaan AMB-1: stimuloi kasvua ja magnetosomien tuotantoa ja paransi magnetosomien lämmitysominaisuuksia. Appl. Micriobiol. Bioteknologiaa. 96, 663–670. doi: 10.1007 / s00253-012-4199-5

PubMed Abstrakti / Pubmed kokoteksti | CrossRef kokoteksti

Alphandéry, E., Ngo, A. T., Lefèvre, C., Lisiecki, I., Wu, L. F., and Pileni, M. P. (2008). Magnetotaktisten bakteerien ja magnetosomien uutettujen ketjujen magneettisten ominaisuuksien ero: magnetosomien ketjujen välisen etäisyyden vaikutus. J. Phys. Kemiaa. C 112, 12304-12309. doi: 10.1021/jp800408t

CrossRef koko teksti

Ankamwar, B., Lai, T. C., Huang, J. H., Liu, R. S., Hsiao, M., and Chen, C. H. (2010). Fe(3)O(4) – nanohiukkasten bioyhteensopivuus arvioituna in vitro-sytotoksisuusmäärityksillä, joissa käytetään normaaleja glia-ja rintasyöpäsoluja. Nanoteknologia 21, 75102. doi:10.1088/0957-4484/21/7/075102

PubMed Abstrakti / Pubmed kokoteksti | CrossRef kokoteksti

Arakaki, A., Nakazawa, H., Nemoto, M., Mori, T., ja Matsunaga, T. (2008). Bakteerien magnetiitin muodostuminen ja sen soveltaminen. J. R. Soc. Liittymä 5, 977-999. doi: 10.1098 / rsif.2008. 0170

Pubmed Abstrakti / Pubmed koko teksti | CrossRef koko teksti

Bazylinski, D. A., and Frankel, R. (2004). Magnetosomin muodostuminen prokaryooteissa. Nat. Pastori Microbiol. 2, 217–230. doi: 10.1038/nrmicro842

CrossRef koko teksti

Benoit, M., Mayer, D., Barak, Y., Chen, I. Y., Hu, W., Cheng, Z., et al. (2009). Hiiriin istutettujen kasvainten visualisointi magneettikuvauksella magnetotaktisten bakteerien avulla. Clin. Cancer Res. 15, 5170-5177. doi: 10.1158 / 1078-0432.Vastapuoliriski-08-3206

PubMed Abstrakti / Pubmed kokoteksti | CrossRef kokoteksti

Dutz, S., Hergt, R., Müller, R., Zeisberger, M., Andrä, W., et al. (2007). Magneettisten nanohiukkasjauheiden hystereesihäviöt yhden toimialueen kokoalueella. J. Magn. Magn. Martti. 308, 305–312. doi: 10.1088/0953-8984/20/38/385214

Pubmed Abstrakti / Pubmed koko teksti | CrossRef koko teksti

Grünberg, K., Müller, E.-C., Otto, A., Reska, R., Linder, D., Kube, M., et al. (2004). Biokemiallinen ja proteominenanalyysi magnetosomin kalvosta Magnetospirillum gryphiswaldensessa. Appl. Environ. Mikrobiolia. 70, 1040-1050. doi: 10.1128 / AEM.70. 2. 1040-1050. 2004

Pubmed Abstrakti | Pubmed kokoteksti | CrossRef kokoteksti

Grünberg, K., Wawer, C., Tebo, B. M., and Schüler, D. (2001). Useita magnetosomiproteiineja koodaava suuri geenijoukko säilyy eri magnetotaktisten bakteerien lajeissa. Appl. Environ. Mikrobiolia. 67, 4573–4582. doi: 10.1128 / AEM.67. 10. 4573-4582. 2001

Pubmed Abstrakti | Pubmed kokoteksti | CrossRef kokoteksti

Guo, F., Liu, Y., Chen, Y., Tang, T., Jiang, W., Li, Y., et al. (2011). Uusi nopea ja jatkuva menettely laajamittaiseen puhdistukseen magnetosomien magnetospirillum gryphiswaldense. Appl. Mikrobiolia. Bioteknologiaa. 90, 1277–1283. doi: 10.1007 / s00253-011-3189-3

PubMed Abstrakti / Pubmed kokoteksti | CrossRef kokoteksti

Hergt, R., Dutz, S., and Roder, M. (2008). Kokojakauman vaikutukset magneettisten nanohiukkasten hystereesihäviöihin hypertermiassa. J Phys Tiivistää Aineen 20, 385214. doi:10.1088/0953-8984/20/38/385214

PubMed Abstrakti / Pubmed kokoteksti | CrossRef kokoteksti

Hergt, R., Hiergeist, R., Zeisberger, M., Schüler, D., Heyen, U., Hilger, I., et al. (2005). Bakteerien magnetosomien magneettiset ominaisuudet mahdollisina diagnostisina ja terapeuttisina työkaluina. J. Magn. Magn. Martti. 293, 80–86. doi: 10.1016 / j.jmmm.2005. 01. 047

CrossRef koko teksti

Heyen, U., and Schüler, D. (2003). Kasvua ja magnetosomin muodostumista mikroaerofiilisten Magnetospirillum-kantojen avulla happi-kontrolloidussa fermentorissa. Appl. Mikrobiolia. Bioteknologiaa. 61, 536–544. doi: 10.1007 / s00253-002-1219-x

Pubmed Abstrakti / Pubmed koko teksti | CrossRef koko teksti

Hu, L. L., Zhang, F., Wang, Z., Sinä, X. F., Nie, L., Wang, H. X., et al. (2010). Bakteerien magnetosomien ja synteettisten rautaoksidinanohiukkasten tuottaman 1h NMR-relaksaatiolaajennuksen vertailu MR-molekyyliluotaimina käytettäväksi. IEEE Trans. Appl. Supercond. 20, 822–825. doi: 10.1109 / TASC.2010. 2041218

CrossRef koko teksti

Karlsson, H. L., Cronholm, P., Gustafsson, J., and Moller, L. (2008). Kuparioksidinanopartikkelit ovat erittäin myrkyllisiä: vertaillaan metallioksidinanopartikkeleita ja hiilinanoputkia. Kemiaa. Res. Toxicol. 21, 1726–1732. doi: 10.1021 / tx800064j

Pubmed Abstrakti / Pubmed koko teksti | CrossRef koko teksti

Lee, N., Kim, H., Choi, S. H., Park, M., Kim, D., Kim, H.-C., et al. (2011). Magnetosomimaisia ferromagneettisia rautaoksidinanokuutioita erittäin herkkiin magneettikuvauksiin yksittäissoluista ja siirretyistä haimasaarekkeista. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108, 2662-2667. doi: 10.1073 / pnas.1016409108

Pubmed Abstrakti / Pubmed koko teksti | CrossRef koko teksti

Liu, R.-T., Liu, J., Tong, J.-Q., Tang, T., Kong, W.-C., Wang, X.-W., et al. (2012). Lämmitys vaikutus ja bioyhteensopivuus bakteerien magnetosomien potentiaalisina Materiaaleina käytetään magneettisen nesteen hypertermia. Prog. Nat. Sci. Martti. Int. 22, 31–39. doi: 10.1016 / j. pnsc.2011. 12. 006

CrossRef koko teksti

Liu, Y., Li, G. R., Jiang, W., Li, Y., and Li, L. J. (2010). Magnetosomien laajamittainen tuotanto Chemostat-viljelmällä Magnetospirillum gryphiswaldensea suurella solutiheydellä. Mikrobi. Cell Fakta. 9, 99. doi:10.1186/1475-2859-9-99

PubMed Abstrakti / Pubmed kokoteksti | CrossRef kokoteksti

Matsunaga, T., Maeda, Y., Yoshino, T., Takeyama, H., Takahashi, M., Ginya, H., et al. (2007). Täysin automatisoitu immunomääritys eturauhasspesifisten antigeenien nanomagneettisten helmien ja mikropolystyreenihelmikomposiittien, ”Helmet Helmissä”, toteamiseen. Anaali. Chim. Acta 597, 331-339. doi: 10.1016 / J.aca.2007. 05. 065

Pubmed Abstrakti | Pubmed koko teksti | CrossRef koko teksti

Matsunaga, T., Tadokora, F., and Nakamura, N. (1990). Magneettisten bakteerien massaviljely ja niiden soveltaminen virtaustyypin immunomäärityksiin. IEEE Trans. Magn. 26, 1557–1559. doi: 10.1109 / 20.104444

CrossRef koko teksti

Matsunaga, T., Tsujimura, N., and Kamiya, S. (1996). Magneettihiukkasten tuotannon tehostaminen magnetospirillum sp: n nitraatti-ja sukkinaattiviljelyllä. AMB-1. Bioteknologiaa. Teknologia. 10, 495–500. doi: 10.1007 / BF00159513

CrossRef koko teksti

Pan, Y., Peterson, N., Winklhofer, M., Davila, A. F., Liu, Q., Frederichs, T., et al. (2005). Kivimagneettisia ominaisuuksia viljelemättömiä magnetotaktisia bakteereja. Maa-Planeetta. Sci. Lett. 237, 311–325. doi: 10.1016 / J.epsl.2005.06.029

Ristikirjoitus koko teksti

Philipse, A. P., and Maas, D. (2002). Magneettiset kolloidit magnetotaktisista bakteereista: ketjun muodostuminen ja kolloidinen stabiilisuus. Langmuir 18, 9977-9984. doi: 10.1021/la0205811

CrossRef koko teksti

Singh, N., Jenkins, G. J. S., Asadi, R., and Doak, S. H. (2010). Potential toxicity of superparamagneettinen rautaoksidi nanopartikkelit (SPION). Nano Rev. 1, 5358-5372. doi: 10.3402/nano.v1i0. 5358

Pubmed Abstrakti / Pubmed koko teksti | CrossRef koko teksti

Sun, J., Li, Y., Liang, X.J., and Wang, P. C. (2011). Bacterial magnetosome: Uusi biogenetic magnetosome kohdennettu huumeiden kantaja mahdollisia monikäyttöisiä. J. Nanomater. 2011: 469031, 13 s. doi:10.1155/2011/469031

PubMed Abstrakti / Pubmed kokoteksti | CrossRef kokoteksti

Sun, J., Tang, T., Duan, J., Xu, P.-X., Wang, Z., Zhang, Y., et al. (2010). Bakteerien magnetosomien bioyhteensopivuus: akuutti toksisuus, immunotoksisuus ja sytotoksisuus. Nanomotoksikologia 4, 271-283. doi: 10.3109/17435391003690531

Pubmed Abstrakti / Pubmed koko teksti | CrossRef koko teksti

Sun, J.-B., Duan, J.-H., Dai, S.-L., Ren, J., Zhang, Y.-D., Tian, J.-S., et al. (2007). Bakteerien magnetosomeilla (DBMs) lastatun doksorubisiinin in vitro ja In vivo antitumor effects on H22 cells: the magnetic bio-nanopartikkles as drug carriers. Cancer Lett. 258, 109–117. doi: 10.1016 / J.canlet.2007. 08. 018

Pubmed Abstrakti | Pubmed koko teksti | CrossRef koko teksti

Sun, J.-B., Wang, Z.-L., Duan, J.-H., Ren, J., Yang, X.-D., Dai, S.-L., et al. (2009). Magnetospirillum gryphiswaldense MSR-1-bakteerista eristettyjen magnetosomien kohdennettu Jakelu terveissä Sprague-Dawley-rotissa. J. Nanosci. Nanoteknologiaa. 9, 1881–1885. doi: 10.1166 / jnn.2009. 410

Pubmed Abstrakti / Pubmed koko teksti | CrossRef koko teksti

Sun, J.-B., Zhao, F., Tang, T., Jiang, W., Tian, J.-S., and Li, J.-L. (2008a). Suurtuottoinen kasvu ja magnetosomin muodostuminen Magnetospirillum gryphiswaldense MSR-1: llä happiohjatussa fermentorissa, joka toimitetaan yksinomaan ilman kanssa. Appl. Mikrobiolia. Bioteknologiaa. 79, 389–397. doi: 10.1007 / s00253-008-1453-y

Pubmed Abstrakti / Pubmed koko teksti | CrossRef koko teksti

Sun, J.-B., Duan, J.-H., Dai, S.-L., Ren, J., Guo, L., Jiang, W., et al. (2008b). Preparation and anti-tumor efficiency evaluation of doxorubicin-loaded bacterial magnetosomes: magnetic nanoparticles as drug carriers isolated from Magnetospirillum gryphiswaldense. Bioteknologiaa. Bioeng. 101, 1313–1320. doi: 10.1002/bit.22011

Pubmed Abstrakti / Pubmed kokoteksti | Poikkiteksti kokoteksti

Tang, T., Zhang, L., Gao, R., Dai, Y., Meng, F., and Li, Y. (2012). Fluoresenssikuvaus ja bakteerien magneettisten hiukkasten kohdennettu jakautuminen alastomilla hiirillä. Appl. Mikrobiolia. Bioteknologiaa. 94, 495–503. doi: 10.1007 / s00253-012-3981-8

PubMed Abstrakti / Pubmed kokoteksti | CrossRef kokoteksti

Taoka, A., Asada, R., Sasaki, H., Anzawa, K., Wu, l-F., and Fukumori, Y. (2006). Spatial localizations of Mam22 and Mam12 in the magnetospirillum magnetotacticum. J. Bakterioli. 188, 3805–3812. doi: 10.1128 / JB.00020-06

Pubmed Abstrakti / Pubmed Koko Teksti | CrossRef Koko Teksti

Taylor, A. P., ja Barry, J. C. (2004). Magnetosomimatriisi: ultrafine-rakenne voi mallintaa magnetosomien biomineralisaatiota. J. Microscopy 213, 180-197. doi: 10.1111 / j.1365-2818.2004. 01287.x

Pubmed Abstrakti / Pubmed koko teksti | CrossRef koko teksti

Timko, M., Dzarova, A., Skumiel, A., Jozefcak, A., Hornowski, T., Gojzewski, H., et al. (2009). Magneettiset ominaisuudet ja lämmitysvaikutus bakteerien magneettisissa nanohiukkasissa. J. Magn. Magn. Martti. 321, 1521–1524. doi: 10.1016 / j.jmmm.2009. 02. 077

CrossRef Koko Teksti

Timko, M., Molcan, M., Hashim, A., Skumiel, A., Muller, M., Gojzewski, H., et al. (2013). Hyperterminen vaikutus magnetosomien suspensiossa, joka on valmistettu eri menetelmillä. IEEE Trans. Magn. 49, 250–254. doi: 10.1109 / TMAG.2012. 2224098

CrossRef koko teksti

Xiang, L., Wei, J., Jianbo, S., Gulli, W., Feng, G., and Ying, L. (2007). Magnetospirillum gryphiswaldense MSR-1: n puhdistetut ja steriloidut magnetosomit eivät olleet myrkyllisiä hiiren fibroblasteille in vitro. Lett. Appl. Mikrobiolia. 45, 75–81. doi: 10.1111 / j.1472-765X. 2007. 02143.x

Pubmed Abstrakti / Pubmed koko teksti | CrossRef koko teksti

Yang, C.-D., Takeyama, H., Tanaka, T., and Matsunaga, T. (2001). Kasvualustan koostumuksen, rautalähteiden ja ilmakehän happipitoisuuksien vaikutukset lusiferaasi-bakteerin magneettisen hiukkaskompleksin tuotantoon rekombinantilla Magnetospirillum magneticum AMB-1: llä. Mikrobientsyymi. Technol. 29, 13–19. doi: 10.1016 / S0141-0229 (01)00343-X

Pubmed Abstrakti / Pubmed kokoteksti | CrossRef kokoteksti

Yoshino, T., Hirabe, H., Takahashi, M., Kuhara, M., Takeyama, H., ja Matsunaga, T. (2007). Magneettisoluerotus käyttäen nanokokoisia bakteerimagneettisia hiukkasia, joilla on rekonstruoitu magnetosomikalvo. Bioteknologiaa. Bioeng. 101, 470–477. doi: 10.1002/bit.21912

Pubmed Abstrakti / Pubmed koko teksti | CrossRef koko teksti

Zhang, Y., Zhang, X., Jiang, W., Li, Y., and Li, J. (2011). Puolijatkuva magnetospirillum gryphiswaldense MSR-1-solujen viljely autofermentorissa ravinnetasapainotteisilla ja isosmoottisilla ruokintastrategioilla. Appl. Environ. Mikrobiolia. 77, 5851–5856. doi: 10.1128 / AEM.05962-11

Pubmed Abstrakti / Pubmed Kokoteksti / CrossRef Kokoteksti