Articles

grenzen in bio-engineering en biotechnologie

Inleiding

Magnetosomen zijn intracellulaire structuren geproduceerd door magnetotactische bacteriën, die magnetische nanodeeltjes bevatten omgeven door lipide bilaagmembraan. Zij hebben veel aandacht gekregen voor biotechnologische toepassingen. Dit is toe te schrijven aan een reeks aantrekkelijke hieronder samengevatte eigenschappen die niet gewoonlijk in chemisch gesynthetiseerde nanoparticles worden gevonden.

(i) de magnetosomen zijn magnetische nanodeeltjes, die een smalle grootteverdeling en uniforme morfologie bezitten wanneer de magnetotactische bacteriën in optimale omstandigheden worden gekweekt, d.w.z. hoofdzakelijk met behulp van een lage zuurstofconcentratie (variërend tussen 0,25 en 10 mbar, Heyen en Schüler, 2003) tijdens de groei. In deze omstandigheden kan de magnetosoomgrootteverdeling zo klein zijn als ~10 nm met magnetosoomgroottes die typisch tussen 45 en 55 nm liggen voor de meest bestudeerde soorten magnetotactische bacteriën (AMB-1 en MSR-1) (Bazylinski and Frankel, 2004; Taylor and Barry, 2004).

(ii) de kern van de magnetosomen bestaat meestal uit magnetiet (Fe3O4) dat kan oxideren tot maghemiet (yFe2O3). De magnetosoomkern is ook meestal van hoge niveaus van zuiverheid en kristalliniteit (Bazylinski and Frankel, 2004).

(iii) de magnetosomen zijn meestal grote nanodeeltjes met één enkel magnetisch domein. Dit leidt tot een magnetisch moment dat thermisch stabiel is bij fysiologische temperatuur. Daarom produceert het betere magnetische eigenschappen dan die gevonden in chemisch samengesteld ijzeroxide nanoparticles die gewoonlijk superparamagnetisch zijn en een thermisch onstabiel magnetisch moment bezitten. Het levert ook hoge waarden van de coërcivity (HC ~ 20-40 mT) en de verhouding tussen de remanent en verzadiging magnetisatie (Mr/Ms ~ 0.4–0.5) (Pan et al., 2005; Alphandéry et al., 2008). In de hieronder beschreven specifieke omstandigheden resulteren deze magnetische eigenschappen in hogere verwarmingscapaciteiten en betere contrastmiddelen voor magnetosomen (MRI) dan voor chemisch gesynthetiseerde nanodeeltjes.

(iv) De magnetosomen zijn gewoonlijk gerangschikt in ketens in de bacteriën. Deze regeling is stabiel genoeg om zelfs na het verstoren van de bacteriën te worden bewaard om de magnetosomes te isoleren. Een dergelijke regeling is aantrekkelijk omdat het aggregatie voorkomt en een hoge mate van internalisatie binnen menselijke cellen oplevert, twee eigenschappen die gewoonlijk gewenst zijn voor medische toepassingen (Alphandéry et al., 2011b, 2012a).

(v) de magnetosomen zijn bedekt met biologisch materiaal dat bestaat uit een meerderheid van lipiden en een minderheid van eiwitten. Deze biologische coating resulteert in negatief geladen magnetosomen met een goede dispersie in water (Alphandéry et al., 2011b, 2012a). Door contrast, chemisch gesynthetiseerde nanoparticles zijn niet natuurlijk met een laag bedekt en moeten worden gestabiliseerd, bijvoorbeeld, door met dextran of PIN molecules te worden behandeld. Dit maakt gewoonlijk hun synthese ingewikkelder dan dat van magnetosomes.(Vi) de magnetosomen kunnen gemakkelijk gefunctionaliseerd worden door de aanwezigheid van verschillende chemische groepen aan hun oppervlak (Sun et al., 2011).Er zijn methoden gepubliceerd die het mogelijk maken een grote hoeveelheid magnetosomen tot 170 mg/l/dag magnetosomen te produceren (Matsunaga et al., 1990, 1996; Yang et al., 2001; Heyen en Schüler, 2003; Sun et al., 2008a; Liu et al., 2010; Zhang et al., 2011; Alphandéry et al., 2012b).

(viii) wanneer zij onder specifieke omstandigheden worden bereid, bezitten de magnetosomen een hoge biocompatibiliteit en een lage toxiciteit (Xiang et al., 2007; Sun et al., 2010).(Ix) ten slotte worden magnetosomen verkregen door het kweken van magnetotactische bacteriën in een groeimedium dat niet toxisch is (bijvoorbeeld ATCC-medium 1653 voor de AMB-1-soorten). Dit contrasteert met het gebruik van giftige producten vaak gebruikt tijdens de bereiding van chemisch gesynthetiseerde nanoparticles.

bereiding van suspensies van Magnetotactische bacteriën en bacteriële Magnetosomen

afhankelijk van het type toepassing kunnen verschillende soorten suspensies worden bereid die magnetotactische bacteriën of geïsoleerde magnetosomen bevatten. Bijvoorbeeld, voor het richten van tumoren, is voorgesteld om suspensies van levende magnetotactische bacteriën te gebruiken, die intraveneus worden toegediend en van nature worden aangetrokken door de anoxische omgeving van de tumor (Benoit et al., 2009). Echter, het gebruik van levende magnetotactische bacteriën voor medische toepassingen zal waarschijnlijk niet worden geaccepteerd door regelgevende instanties (FDA in de VS, EMA in Europa) en dit overzicht richt zich op magnetosomen die eerder zullen worden geaccepteerd voor klinische proeven. Voor de behandeling van kanker met behulp van magnetische hyperthermie, is voorgesteld om suspensies die ketens van magnetosomen (ketens van magnetische nanodeeltjes) geëxtraheerd uit magnetotactische bacteriën (Alphandéry et al., 2011a, b, 2012a, 2013). Voor andere toepassingen, zijn de magnetosomes die zijn gebruikt geà soleerd van magnetotactische bacteriën en behandeld om biologisch materiaal te verwijderen die hen omringen. Ze zijn vervolgens bedekt met lipiden voor stabilisatie (Yoshino et al., 2007). Om suspensies met levende hele magnetotactische bacteriën te bereiden, kunnen amb-1 -, MSR-1-of MS-1-stammen worden gekocht bij de ATCC-of DSMZ-kweekcollectie met een groeiprotocol, dat wordt verstrekt. Een tem (transmission electron microscopic) beeld van een typische hele magnetotactische bacterie met verschillende ketens van magnetosomen wordt gepresenteerd in Figuur 1A. onder de verschillende stammen van magnetotactische bacteriën, MSR-1 heeft de hoogste opbrengst van magnetosoom productie bereikt (170 mg / l / dag) (Zhang et al., 2011), en schijnt daarom een veelbelovende stam voor medische toepassingen te zijn, die een grote hoeveelheid magnetosomes vereisen. Om suspensies te verkrijgen die geëxtraheerde ketens van magnetosomen zoals die in Figuur 1B worden getoond, kunnen deze worden geïsoleerd uit magnetotactische bacteriën gebruikend of sonication (Taoka et al., 2006; Sun et al., 2008b; Alphandéry et al., 2011b), een behandeling met natriumhydroxide (Philipse and Maas, 2002), met een Franse pers (Grünberg et al., 2004; Matsunaga et al., 2007; Xiang et al., 2007), of met een drukhomogenisator (Guo et al., 2011; Tang et al., 2012). De verschillende methodes zijn ook voorgesteld om de opschorting van magnetosomes na extractie te zuiveren die of magnetische scheiding van magnetosomes van het cellulaire puin impliceren (Grünberg et al., 2001; Alphandéry et al., 2011b, 2012a), een behandeling met proteïnase K om oppervlakteproteïnen te verwijderen (Guo et al., 2011), fenylmethylsulfonylfluoride om de activiteit van het protease te remmen, DNase I om DNA te verwijderen (Sun et al., 2007). De meest gebruikte methode van sterilisatie voor magnetosoom suspensies is gammastralen (Guo et al., 2011). De magnetosomes kunnen in water worden gestabiliseerd. Alvorens aan mens te worden toegediend, moeten de opschortingen van magnetosomes ook worden gekenmerkt. Het biologische materiaal dat de magnetosomes omringt kan worden gekenmerkt gebruikend chromatografie, infrarode spectroscopie, SDS-pagina, en massaspectroscopie (Grünberg et al., 2004). TEM kan worden gebruikt om de grootte van magnetosomes te meten en om het hoge niveau van kristalliniteit van de magnetosome kern te verifiëren. Magnetische metingen kunnen ook worden uitgevoerd om de Verwey-overgang te detecteren, die de aanwezigheid van magnetiet in de magnetosomen zou onthullen (Alphandéry et al., 2008). Tenslotte is het ook mogelijk om suspensies te verkrijgen van individuele magnetosomen geïsoleerd uit magnetotactische bacteriën (figuur 1C), waarin het grootste deel van het biologische materiaal is verwijderd door de suspensies van magnetosomen gedurende 5 uur bij 90°C te verhitten in aanwezigheid van 1% SDS (Alphandéry et al., 2011b, 2012a).

figuur 1
www.frontiersin.org

figuur 1. Transmissie-elektronenmicroscopiebeelden van een enkele magnetotactische bacterie (A) van magnetosomen die uit hele magnetotactische bacteriën worden geëxtraheerd (B) van afzonderlijke magnetosomen die door warmte-en SDS-behandeling van de ketens worden losgemaakt (C).

toxiciteit en Biodistributie van bacteriële Magnetosomen

de cytotoxiciteit van bacteriële magnetosomen bleek sterk afhankelijk te zijn van het geteste type cel. Voor Hepatoma H22-cellen (leverkankercellen) en promyelocytic hl60-cellen (leukemiecellen), begonnen de bacteriële magnetosomen tekenen van cytotoxiciteit te vertonen bij relatief lage magnetosoomconcentraties van 9 µg/mL (Sun et al., 2010). Aan de andere kant, voor fibroblasten en borstkanker cellen, zoals EMT-6 cellen of MDA-MB-231 cellen, de magnetosomen waren niet cytotoxiciteit onder ~1 mg/mL (Xiang et al., 2007; Sun et al., 2010; Alphandéry et al., 2011b). De cytotoxiciteit bleek ook af te hangen van de incubatietijd (Alphandéry et al., 2008). Voor magnetosoomconcentraties hoger dan 1 mg / mL bleek de cytotoxiciteit laag te zijn wanneer de incubatietijd korter was dan 24 uur. anderzijds bleef de cytotoxiciteit voor magnetosoomconcentraties lager dan 1 mg/mL laag, zelfs voor langere incubatietijden dan 24 uur. de cytotoxiciteit van de magnetosomen lijkt vergelijkbaar te zijn met die van superparamagnetische ijzeroxide nanodeeltjes (SPION), die cytotoxisch bleken te zijn boven een concentratie van 100 µg/mL (Karlsson et al., 2008; Ankamwar et al., 2010; Singh et al., 2010). De acute toxiciteit van de bacteriële magnetosomen werd ook bestudeerd. Er werd vastgesteld dat Voor een intraveneuze toediening van bacteriële magnetosomen ratten konden overleven voor een maximale hoeveelheid toegediende magnetosomen van 480 mg / kg (Liu et al., 2012). Deze hoeveelheid nanodeeltjes is hoger dan die van 135 mg / kg gevonden voor SPION (Liu et al., 2012). De immunotoxiciteit van de magnetosomen werd ook gemeld. Daarvoor werd 1 mg van een suspensie van bacteriële magnetosomen (magnetische nanodeeltjes) toegediend in de oren van konijnen en werden konijnentemperaturen gecontroleerd (Sun et al., 2010). Er werd vastgesteld dat de konijnentemperaturen niet stegen na toediening van de suspensies van magnetosomen. Dit resultaat samen met andere bevindingen gepresenteerd in referentie (Sun et al., 2010) steun het idee dat de magnetosomes niet pyrogenic zijn wanneer zij in de specifieke voorwaarden worden voorbereid die in zon et al worden beschreven. (2010).

wat de biodistributie van de magnetosomen betreft, kunnen zich verschillende situaties voordoen. De magnetosomen konden door het organisme worden gemetaboliseerd en in vrij ijzer worden omgezet. Zij kunnen ook in de vorm van gekristalliseerde nanoparticles blijven. In beide gevallen kan vrij ijzer of gekristalliseerde magnetosomen zich ophopen in het organisme of worden geëlimineerd in de ontlasting of urine. Om de biodistributie van de magnetosomen te begrijpen, zijn de laatstgenoemden gemengd met proteã nen van boviene alvleesklier die de activiteit van lysosomen simuleren. Men merkte op dat de magnetosomen door de proteasen na 28 dagen werden gedegradeerd, wat suggereert dat lysosomen de magnetosomen afbreken (Liu et al., 2012). Magnetosomen zijn ook intraveneus toegediend bij ratten (Sun et al., 2009) en muizen (Liu et al., 2012), en het werd gevonden dat zij in de lysosomen van lever en milt eindigen (Sun et al., 2009; Liu et al., 2012). Deze resultaten suggereren dat het reticulo-endotheliaal systeem de magnetosomen uit de bloedbaan verwijdert en dat de magnetosomen vervolgens worden omgezet in vrij ijzer (Sun et al., 2009). In deze studie (Sun et al., 2009), werden de magnetosomen niet gevonden in de ontlasting noch in de urine of ratten. In andere studies zijn magnetosomen echter gevonden in de ontlasting van ratten na intratumorale toediening (Alphandéry et al., 2011b), of intraveneuze toediening, zoals waargenomen door tem observatie van de ontlasting (niet-gepubliceerde resultaten verkregen door ons). We kunnen concluderen dat na toediening in het organisme, een deel van de magnetosomen wordt zeer waarschijnlijk omgezet in vrij ijzer, terwijl een ander deel blijft in een gekristalliseerde vorm en wordt geëlimineerd in de ontlasting. Nochtans, zijn meer studies noodzakelijk om de magnetosome biodistribution beter te begrijpen.

toepassingen van Magnetosomen in MRI, magnetische hyperthermie en toediening van geneesmiddelen

Magnetic Resonance Imaging

verschillende studies rapporteren het gebruik van bacteriële magnetosomen als positieve of negatieve contrastmiddelen. Benoit et al. (2009) hebben aangetoond met behulp van MRI dat magnetotactische bacteriën hebben een natuurlijke neiging om tumoren in muizen richten wanneer ze intraveneus worden toegediend. In deze studie werden magnetotactische bacteriën gevisualiseerd in tumoren met behulp van MRI. Een deel van de magnetosomes werd getoond om T1 (longitudinale ontspanningstijden)-gewogen positief contrast te produceren, die de visualisatie van de magnetotactische bacteriën in de tumors verbeteren. Een ander interessant aspect van dit rapport bevindt zich in het vinden dat kleine magnetosomen van ~25 nm in gemiddelde grootte een positief contrast veroorzaken terwijl grote magnetosomen van gemiddelde grootte ~50 nm dergelijk contrast niet veroorzaken. Voor de kleine magnetosomen, wordt het T1-gewogen MRI-signaal ook gevonden om met stijgende bacteriële concentraties te verhogen op voorwaarde dat de bacteriële concentratie onder een drempel van 0 blijft.5 1010 cellen / mL. Boven 0,5×1010 cellen / mL neemt het T1-gewogen MRI-signaal af als gevolg van het concurrerende T2-effect (transverse relaxation times). In het algemeen worden goede contrastmiddelen gekenmerkt door zeer hoge relaxaties (het omgekeerde van de T2-relaxatietijd, gewoonlijk aangeduid als r2) en zeer korte waarden van T2. Dergelijke hoge waarden van r2 kunnen met magnetosomes worden bereikt. Inderdaad, is aangetoond dat zowel magnetosomen ingesloten in een gel en ferrimagnetische nanodeeltjes verschillend van ferridex en met gelijkaardige eigenschappen dan de magnetosomen waarden van r2 zo hoog als 1175 en 324 mM s−1, respectievelijk bezitten (Hu et al., 2010; Lee et al., 2011). Deze twee waarden zijn groter dan de waarde van R2 ~ 133 mM s – 1 gevonden voor chemisch gesynthetiseerde nanodeeltjes ferridex, die momenteel worden goedgekeurd en getest in de kliniek als contrastmiddelen voor MRI-toepassing (Lee et al., 2011).

magnetische hyperthermie

Magnetosomen zijn ook goede kandidaten voor de behandeling van kanker met behulp van magnetische hyperthermie. Magnetische hyperthermie is een techniek waarbij magnetische nanoparticles worden beheerd (of verzonden) aan tumoren en dan verwarmd onder de toepassing van een afwisselend magnetisch veld. De hitte induceert anti-tumor activiteit. Om efficiënt voor magnetische hyperthermie te zijn, moeten de nanoparticles daarom een grote hoeveelheid hitte produceren. Magnetosomes bezitten goede het verwarmen eigenschappen hoofdzakelijk toe te schrijven aan hun grote grootte, hun ferromagnetisch gedrag bij fysiologische temperatuur en hun hoog niveau van kristallinity. Voor ferrimagnetic nanoparticles, is de hoeveelheid hitte die onder de toepassing van een afwisselend magnetisch veld wordt geproduceerd hoofdzakelijk evenredig aan het gebied van hun hysteresislijn, die met stijgende nanoparticlegrootte toeneemt. Inderdaad, in de meeste gevallen, HC en Mr/Ms die proportioneel zijn aan het gebied van de hysteresislussen, verhogen met toenemende nanoparticlegrootte. De hoeveelheid warmte geproduceerd door de magnetosomen is geschat door het meten van magnetosoom verliezen per cycli, die worden gedefinieerd als de magnetosoom SAR (specifieke absorptiesnelheden) gedeeld door de frequentie van het toegepaste magnetische veld. De magnetosoomverliezen per cyclus bleken te stijgen met toenemende magnetische veldsterkte van 0,1 tot 0,2 J / kg (joule per kilogram ijzer in de verwarmde magnetosomen) voor een magnetische veldsterkte van 6 mT (Hergt et al., 2005, 2008; Dutz et al., 2007; Timko et al., 2009, 2013), tot 0.5-1 J / kg voor een magnetische veldsterkte van 12 mT (Hergt et al., 2005, 2008; Dutz et al., 2007; Sun et al., 2009). Deze waarden zijn groter dan die van SPION in wezen wanneer de magnetische veldsterkte hoger is dan 10 mT (Alphandéry et al., 2011a).De verwarmingsmechanismen van de magnetosomen zijn eveneens bestudeerd (Alphandéry et al., 2011a). Het doel van deze studie (Arakaki et al., 2008), was om te bepalen welk type van magnetosomen tussen de magnetosomen in hele magnetotactische bacteriën, de ketens van magnetosomen geïsoleerd uit magnetotactische bacteriën, en de individuele magnetosomen losgemaakt van de ketens door warmte en SDS behandelingen, is de meest geschikte kandidaat voor de magnetische hyperthermie behandeling van tumoren. Er zijn hoofdzakelijk twee mechanismen die hitte kunnen veroorzaken wanneer magnetosomes aan een afwisselend magnetisch veld worden blootgesteld. Zij zijn of toe te schrijven aan de omkering van het magnetosome magnetische moment of aan de fysieke omwenteling van magnetosomes onder de toepassing van een afwisselend magnetisch veld. Om de bijdrage van de rotatie aan het verwarmingsmechanisme van de magnetosomen te elimineren, zijn suspensies van hele magnetotactische bacteriën die geen warmte produceren door rotatie blootgesteld aan een wisselend magnetisch veld (Alphandéry et al., 2011a). Voor dergelijke suspensies van hele magnetotactische bacteriën werden verliezen per cyclus van 1,1 J/kgFe bij 23 mT en van 8 J/kgFe bij 88 mT gemeten. Om de omwenteling van de kettingen van magnetosomes toe te laten, werden de laatstgenoemden uit magnetotactische bacteriën door sonication gehaald. Voor deze geëxtraheerde ketens van magnetosomen stegen de verliezen per cyclus tot 5 J / kgFe bij 23 mT en tot 11 J / kgFe bij 83 mT (Alphandéry et al., 2011a), die aantonen dat de omwenteling van de kettingen van magnetosomen tot het het verwarmen mechanisme bijdraagt. Tot slot zijn magnetosomes losgemaakt van de kettingen door hitte en SDS-behandeling om suspensies van individuele magnetosomes te veroorzaken. De waarden van de SAR verkregen voor de individuele magnetosomen (5 J / kgFe op 23 mT en 9 J / kgFe op 83 mT (Alphandéry et al., 2011a)) waren vrij gelijkaardig aan die van de kettingen van magnetosomes. Daarom was het niet mogelijk om te beslissen welke tussen de ketens van magnetosomen of de individuele magnetosomen de beste kandidaat zou zijn voor in vivo magnetische hyperthermie behandelingen van tumoren (Alphandéry et al., 2011a). Daarom werden beide types magnetosomen in vivo getest.

om de antitumoractiviteit van de magnetosomen te evalueren (Alphandéry et al., 2011b), werden 100 µL suspensies die of individuele magnetosomen of kettingen van magnetosomen bij een concentratie van 10 mg/mL bevatten beheerd in het centrum van MDA-MB-231 borsttumoren xeno-geënt onder de huid van muizen volgens het protocol dat in het schematische diagram van Figuur 2 wordt geà llustreerd. De muizen werden vervolgens blootgesteld aan een wisselend magnetisch veld van gemiddelde veldsterkte ~20 mT en frequentie 198 kHz drie keer gedurende 20 min. Dit veroorzaakte een verhoging van de tumortemperatuur tot ~ 43°C. De behandeling met de ketens van magnetosomen leverde de totale verdwijning van de tumor 30 dagen na de behandeling bij verschillende muizen op (Figuur 2), terwijl het gebruik van de individuele magnetosomen geen significante anti-tumor activiteit veroorzaakte (Alphandéry et al., 2011b). De doeltreffendheid van de behandeling werd enerzijds toegeschreven aan de internalisering van de kettingen van magnetosomes binnen de tumorcellen die intracellular het verwarmen en vandaar efficiënte vernietiging van de tumorcel toeliet. Anderzijds, werd de doeltreffendheid van de kettingen van magnetosomes gemeld om uit hun homogene distributie door de tumor voort te komen, die meestal toe te schrijven aan hun lage niveau van aggregatie is.

figuur 2
www.frontiersin.org

Figuur 2. Schematische weergave van de behandeling van een muis met behulp van magnetische hyperthermie. De muis heeft een borst tumor xeno-geënt onder zijn huid. Een opschorting van magnetosomes wordt beheerd in het centrum van de tumor; de muis wordt dan geplaatst binnen een rol waar een afwisselend magnetisch veld drie keer gedurende 20 min wordt toegepast. De tumor verdwijnt 30 dagen na de behandeling zoals te zien is op de foto rechtsonder.

geneesmiddelafgifte

door de aanwezigheid van verschillende chemische groepen aan het oppervlak van de magnetosomen is het mogelijk geneesmiddelen zoals doxorubicine aan het magnetosoomoppervlak te conjugeren (Sun et al., 2007, 2008b). Magnetosomen waaraan doxorubicine is geconjugeerd, zijn getest als antitumormiddelen tegen leverkanker. Er is aangetoond dat door conjugatie van doxorubicine aan de magnetosomen, het mogelijk was de antitumoractiviteit licht te verhogen van 79% voor doxorubicine alleen tot 87% voor doxorubicine gebonden aan de magnetosomen (Sun et al., 2007, 2008b). Het voordeel om magnetosomes te gebruiken is hoofdzakelijk toe te schrijven aan de daling van giftigheid. Hoewel doxorubicine zeer toxisch is wanneer het alleen wordt gebruikt met een sterftecijfer van 80%, is doxorubicine gebonden aan de magnetosomen veel minder toxisch met een sterftecijfer van 20% (Sun et al., 2007, 2008b). Daarom is er een grote toename van de baten-risicoverhouding wanneer doxorubicine wordt geconjugeerd aan de magnetosomen, wat het potentieel aantoont van geneesmiddelen die geconjugeerd zijn aan magnetosomen voor kankerbehandelingen.

andere medische toepassingen van bacteriële Magnetosomen

Magnetosomen kunnen worden gebruikt voor andere toepassingen, bijvoorbeeld voor het detecteren van nucleotidepolymorfisme, dat nuttig is voor het diagnosticeren van ziekten zoals kanker, hypertensie of diabetes, voor het scheiden van cellen of voor het detecteren van DNA (Arakaki et al ., 2008). Om cellen te scheiden, zijn magnetische parels of SPION getest. Deze twee soorten magnetische materialen brengen echter nadelen met zich mee. Magnetische kralen zijn groot en voorkomen dus dat cellen zich correct verdelen en verspreiden. SPION aan de andere kant zijn slechts zwak magnetisch vanwege hun onstabiele magnetische moment bij fysiologische en kamertemperatuur, waardoor ze slecht efficiënt zijn om cellen te scheiden. De magnetosomen zijn daarentegen kleiner dan de magnetische parels en zijn sterker magnetisch dan de SPION vanwege hun ferrimagnetische eigenschappen. Dit maakt hen ideale kandidaten voor toepassingen in celscheiding (Arakaki et al., 2008). Magnetosomes zijn ook gebruikt voor immunoassays, bijvoorbeeld, om kleine molecules zoals verontreinigende stof, hormonen, of giftige detergentia te ontdekken. Deze molecules zijn in bijlage aan de magnetosome oppervlakte gebruikend antilichamen die specifiek aan hen binden. Het complex gevormd door de magnetosomen en deze moleculen is dan gedetecteerd (Arakaki et al., 2008). Tenslotte zijn magnetosomes gebruikt om DNA te extraheren. Voor dat, zijn zij gewijzigd en bedekt met lagen aminosilanes die DNA verbinden. Het complex gevormd door de magnetosomen en DNA is gebonden aan een magnetische kolom en DNA is verzameld door elutie met een fosfaatbuffer (Arakaki et al., 2008).Tot slot hebben we in dit overzicht een aantal medische toepassingen van de magnetosomen gepresenteerd en we hebben ook kort een aantal methoden beschreven die kunnen worden gebruikt om de magnetosomen voor deze toepassingen voor te bereiden.

belangenverstrengeling verklaring

de auteur verklaart dat het onderzoek werd uitgevoerd in afwezigheid van commerciële of financiële relaties die als een potentieel belangenconflict kunnen worden opgevat.

Alhandéry, E., Chebbi, I., Guyot, F., en Durand-Dubief, M. (2013). Gebruik van bacteriële magnetosomen in de magnetische hyperthermie behandeling van tumoren: een overzicht. Int. J. Hyperthermia 29, 801-809. doi: 10.3109/02656736.2013.821527

Pubmed Abstract / Pubmed Full Text / CrossRef Full Text

Alphandéry, E., Faure, S., Raison, L., Duguet, E., Howse, P. A., and Bazylinski, D. A. (2011a). Warmteproductie door bacteriële magnetosomen blootgesteld aan een oscillerend magnetisch veld. J. Phys. Scheikunde. C 115, 18-22. doi: 10.1021 / jp104580t

CrossRef volledige tekst

Alphandéry, E., Faure, S., Seksek, O., Guyot, F., en Chebbi, I. (2011b). Ketens van magnetosomen geëxtraheerd uit amb-1 magnetotactische bacteriën voor toepassing in alternatieve magnetische veld kankertherapie. ACS Nano 5, 6279-6296. doi: 10.1021 / nn201290k

Pubmed Abstract / Pubmed Full Text / CrossRef Full Text

Alphandéry, E., Guyot, F., and Chebbi, I. (2012a). Voorbereiding van ketens van magnetosomen, geïsoleerd uit Magnetospirillum magneticum stam AMB-1 magnetotactische bacteriën, waardoor efficiënte behandeling van tumoren met behulp van magnetische hyperthermie. Int. J. Pharm. 434, 444–452. doi: 10.1016 / j. ijpharm.2012.06.015

Pubmed Abstract / Pubmed Full Text / CrossRef Full Text

Alphandéry, E., Amor, M., Guyot, F., and Chebbi, I. (2012b). De effecten van ijzer-chelaatvormers op Magnetospirillum magneticum stam AMB-1: gestimuleerd groei en magnetosoom productie en verbeterde magnetosoom verwarming eigenschappen. Appl. Micriobiol. Biotechnol. 96, 663–670. doi: 10.1007/s00253-012-4199-5

Pubmed Abstract / Pubmed Full Text / CrossRef Full Text

Alphandéry, E., Ngo, A. T., Lefèvre, C., Lisiecki, I., Wu, L. F., en Pileni, M. P. (2008). Verschil tussen de magnetische eigenschappen van de magnetotactische bacteriën en die van de geëxtraheerde ketens van magnetosomen: invloed van de afstand tussen de kettingen van magnetosomes. J. Phys. Scheikunde. C 112, 12304-12309. doi: 10.1021 / jp800408t

CrossRef volledige tekst

Ankamwar, B., Lai, T. C., Huang, J. H., Liu, R. S., Hsiao, M., and Chen, C. H. (2010). Biocompatibiliteit van Fe(3)o (4) nanodeeltjes geëvalueerd door in vitro cytotoxiciteitstests met behulp van normale glia-en borstkankercellen. Nanotechnologie 21, 75102. doi:10.1088/0957-4484/21/7/075102

Pubmed Abstract / Pubmed Full Text / CrossRef Full Text

Arakaki, A., Nakazawa, H., Nemoto, M., Mori, T., and Matsunaga, T. (2008). Vorming van magnetiet door bacteriën en de toepassing ervan. J. R. Soc. Interface 5, 977-999. doi: 10.1098 / rsif.2008.0170

Pubmed Abstract / Pubmed Full Text / CrossRef Full Text

Bazylinski, D. A., and Frankel, R. (2004). Magnetosoomvorming in prokaryoten. Nat. Rev. Microbiol. 2, 217–230. doi: 10.1038 / nrmicro842

CrossRef volledige tekst

Benoit, M., Mayer, D., Barak, Y., Chen, I. Y., Hu, W., Cheng, Z., et al. (2009). Het visualiseren van geïmplanteerde tumoren bij muizen met magnetic resonance imaging met behulp van magnetotactische bacteriën. Clin. Cancer Res. 15, 5170-5177. doi: 10.1158 / 1078-0432.CCR-08-3206

Pubmed Abstract / Pubmed Full Text / CrossRef Full Text

Dutz, S., Hergt, R., Mürbe, J., Müller, R., Zeisberger, M., Andrä, W., et al. (2007). Hysteresisverliezen van magnetisch nanoparticlepoeder in de enige waaier van de domeingrootte. J. Magn. Magn. Takel. 308, 305–312. doi: 10.1088/0953-8984/20/38/385214

Pubmed Abstract / Pubmed Full Text / CrossRef Full Text

Grünberg, K., Müller, E.-C., Otto, A., Reska, R., Linder, D., Kube, M., et al. (2004). Biochemische en proteomische analyse van het magnetosoommembraan in Magnetospirillum gryphiswaldense. Appl. Environ. Microbiol. 70, 1040-1050. doi: 10.1128 / AEM.70.2.1040-1050.2004

Pubmed Abstract / Pubmed Full Text / CrossRef Full Text

Grünberg, K., Wawer, C., Tebo, B. M., and Schüler, D. (2001). Een grote gencluster die verscheidene magnetosome proteã nen codeert wordt behouden in verschillende species van magnetotactic bacteriën. Appl. Environ. Microbiol. 67, 4573–4582. doi: 10.1128 / AEM.67.10.4573-4582.2001

Pubmed Abstract / Pubmed Full Text / CrossRef Full Text

Guo, F., Liu, Y., Chen, Y., Tang, T., Jiang, W., Li, Y., et al. (2011). Een nieuwe snelle en continue procedure voor grootschalige zuivering van magnetosomen uit Magnetospirillum gryphiswaldense. Appl. Microbiol. Biotechnol. 90, 1277–1283. doi: 10.1007 / s00253-011-3189-3

Pubmed Abstract / Pubmed Full Text / CrossRef Full Text

Hergt, R., Dutz, S., en Roder, M. (2008). Effecten van grootteverdeling op hysterese verliezen van magnetische nanoparticles voor hyperthermie. J Phys Condensatie 20, 385214. doi:10.1088/0953-8984/20/38/385214

Pubmed Abstract / Pubmed Full Text / CrossRef Full Text

Hergt, R., Hiergeist, R., Zeisberger, M., Schüler, D., Heyen, U., Hilger, I., et al. (2005). Magnetische eigenschappen van bacteriële magnetosomen als potentiële diagnostische en therapeutische instrumenten. J. Magn. Magn. Takel. 293, 80–86. doi: 10.1016 / j. jmmm.2005.01.047

CrossRef volledige tekst

Heyen, U., And Schüler, D. (2003). Groei en magnetosoomvorming door microaerofiele Magnetospirillum stammen in zuurstofgestuurde fermentor. Appl. Microbiol. Biotechnol. 61, 536–544. doi: 10.1007/s00253-002-1219-X

Pubmed Abstract / Pubmed Full Text / CrossRef Full Text

Hu, L. L., Zhang, F., Wang, Z., You, X. F., Nie, L., Wang, H. X., et al. (2010). Vergelijking van de 1h NMR-ontspanningsverhoging die door bacteriële magnetosomen en synthetisch ijzeroxide nanoparticles voor potentieel gebruik als moleculaire sondes van MR wordt geproduceerd. IEEE Trans. Appl. Superconde. 20, 822–825. doi: 10.1109 / TASC.2010.2041218

CrossRef volledige tekst

Karlsson, H. L., Cronholm, P., Gustafsson, J., and Moller, L. (2008). Koperoxide nanoparticles is hoogst toxisch: een vergelijking tussen metaaloxide nanoparticles en koolstof nanotubes. Scheikunde. Res. Toxicol. 21, 1726–1732. doi: 10.1021 / tx800064j

Pubmed Abstract / Pubmed Full Text / CrossRef Full Text

Lee, N., Kim, H., Choi, S. H., Park, M., Kim, D., Kim, H.-C., et al. (2011). Magnetosoom-achtige ferromagnetische ijzeroxide nanocubes voor zeer gevoelige MRI van enkele cellen en getransplanteerde pancreas eilandjes. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 108, 2662-2667. doi: 10.1073 / pnas.1016409108

Pubmed Abstract / Pubmed Full Text / CrossRef Full Text

Liu, R.-T., Liu, J., Tong, J.-Q., Tang, T., Kong, W.-C., Wang, X.-W., et al. (2012). Verwarmingseffect en biocompatibiliteit van bacteriële magnetosomen als potentiële materialen die worden gebruikt in magnetische vloeistofhyperthermie. Prog. Nat. Sci. Takel. Int. 22, 31–39. doi: 10.1016/j.pnsc.2011.12.006

CrossRef volledige tekst

Liu, Y., Li, G. R., Jiang, W., Li, Y., and Li, L. J. (2010). Grootschalige productie van magnetosomen door chemostatcultuur van Magnetospirillum gryphiswaldense bij hoge celdichtheid. Microb. Cel Feit. 9, 99. doi:10.1186/1475-2859-9-99

Pubmed Abstract / Pubmed Full Text / CrossRef Full Text

Matsunaga, T., Maeda, Y., Yoshino, T., Takeyama, H., Takahashi, M., Ginya, H., et al. (2007). Volledig geautomatiseerde immunoassay voor de detectie van prostaatspecifiek antigeen nano-magnetische kralen en micropolystyreen kralen composieten, “kralen op kralen”. Anaal. Chim. Acta 597, 331-339. doi: 10.1016 / j.aca.2007.05.065

Pubmed Abstract / Pubmed Full Text / CrossRef Full Text

Matsunaga, T., Tadokora, F., and Nakamura, N. (1990). Massacultuur van magnetische bacteriën en hun toepassing op stroomtype immunoassays. IEEE Trans. Magn. 26, 1557–1559. doi: 10.1109 / 20.104444

CrossRef volledige tekst

Matsunaga, T., Tsujimura, N., en Kamiya, S. (1996). Verhoging van de productie van magnetische deeltjes door nitraat en succinaat, gevoed in batches van Magnetospirillum sp. AMB-1. Biotechnol. Technisch. 10, 495–500. doi: 10.1007 / BF00159513

CrossRef volledige tekst

Pan, Y., Peterson, N., Winklhofer, M., Davila, A. F., Liu, Q., Frederichs, T., et al. (2005). Magnetische eigenschappen van niet-gekweekte magnetotactische bacteriën. Aarde Planeet. Sci. Lett. 237, 311–325. doi: 10.1016 / j.epsl.2005.06.029

CrossRef volledige tekst

Philipse, A. P., and Maas, D. (2002). Magnetische colloïden van magnetotactische bacteriën: kettingvorming en colloïdale stabiliteit. Langmuir 18, 9977-9984. doi: 10.1021 / la0205811

CrossRef volledige tekst

Singh, N., Jenkins, G. J. S., Asadi, R., and Doak, S. H. (2010). Potentiële toxiciteit van superparamagnetische ijzeroxide nanodeeltjes (SPION). Nano Rev. 1, 5358-5372. doi: 10.3402 / nano.v1i0. 5358

Pubmed Abstract / Pubmed Full Text / CrossRef Full Text

Sun, J., Li, Y., Liang, X.- J., and Wang, P. C. (2011). Bacterieel magnetosoom: een nieuwe biogenetische magnetische gerichte drugdrager met potentiële multifuncties. J. Nanomater. 2011: 469031, 13 p. doi:10.1155/2011/469031

Pubmed Abstract / Pubmed Full Text / CrossRef Full Text

Sun, J., Tang, T., Duan, J., Xu, P.-X., Wang, Z., Zhang, Y., et al. (2010). Biocompatibiliteit van bacteriële magnetosomen: acute toxiciteit, immunotoxiciteit en cytotoxiciteit. Nanotoxicologie 4, 271-283. doi: 10.3109/17435391003690531

Pubmed Abstract / Pubmed Full Text / CrossRef Full Text

Sun, J.-B., Duan, J.-H., Dai, S.-L., Ren, J., Zhang, Y.-D., Tian, J.-S., et al. (2007). In vitro en in vivo antitumor effecten van doxorubicine geladen met bacteriële magnetosomen (DBMs) op H22 cellen: de magnetische bio-nanoparticles als drug dragers. Kanker Lett. 258, 109–117. doi: 10.1016 / j.canlet.2007.08.018

Pubmed Abstract / Pubmed Full Text / CrossRef Full Text

Sun, J.-B., Wang, Z.-L., Duan, J.-H., Ren, J., Yang, X.-D., Dai, S.-L., et al. (2009). Gerichte distributie van bacteriële magnetosomen geïsoleerd uit Magnetospirillum gryphiswaldense MSR-1 in gezonde Sprague-Dawley ratten. J. Nanosci. Nanotechnol. 9, 1881–1885. doi: 10.1166 / jnn.2009.410

Pubmed Abstract / Pubmed Full Text / CrossRef Full Text

Sun, J.-B., Zhao, F., Tang, T., Jiang, W., Tian, J.-S., en Li, J.-L. (2008a). Hoogrenderende groei en magnetosoomvorming door Magnetospirillum gryphiswaldense MSR-1 in een zuurstofgestuurde fermentor die uitsluitend met lucht wordt gevoed. Appl. Microbiol. Biotechnol. 79, 389–397. doi: 10.1007 / s00253-008-1453-y

Pubmed Abstract / Pubmed Full Text / CrossRef Full Text

Sun, J.-B., Duan, J.-H., Dai, S.-L., Ren, J., Guo, L., Jiang, W., et al. (2008b). Voorbereiding en anti-tumor efficiëntie evaluatie van doxorubicine-geladen bacteriële magnetosomen: magnetische nanodeeltjes als geneesmiddel dragers geïsoleerd uit Magnetospirillum gryphiswaldense. Biotechnol. Bioeng. 101, 1313–1320. doi: 10.1002 / bit.22011

Pubmed Abstract / Pubmed Full Text / CrossRef Full Text

Tang, T., Zhang, L., Gao, R., Dai, Y., Meng, F., en Li, Y. (2012). Fluorescentie beeldvorming en gerichte distributie van bacteriële magnetische deeltjes in naakte muizen. Appl. Microbiol. Biotechnol. 94, 495–503. doi: 10.1007/s00253-012-3981-8

Pubmed Abstract / Pubmed Full Text / CrossRef Full Text

Taoka, A., Asada, R., Sasaki, H., Anzawa, K., Wu, L.-F., and Fukumori, Y. (2006). Ruimtelijke lokalisaties van Mam22 en Mam12 in de magnetosomen van Magnetospirillum magnetotacticum. J. Bacteriol. 188, 3805–3812. doi: 10.1128 / JB.00020-06

Pubmed Abstract / Pubmed Full Text / CrossRef Full Text

Taylor, A. P., and Barry, J. C. (2004). Magnetosomale matrix: ultrafijne structuur kan biomineralisatie van magnetosomen template. J. Microscopie 213, 180-197. doi: 10.1111 / j. 1365-2818. 2004. 01287.X

Pubmed Abstract / Pubmed Full Text / CrossRef Full Text

Timko, M., Dzarova, A., Skumiel, A., Jozefcak, A., Hornowski, T., Gojzewski, H., et al. (2009). Magnetische eigenschappen en het verwarmen effect in bacteriële magnetische nanoparticles. J. Magn. Magn. Takel. 321, 1521–1524. doi: 10.1016 / j. jmmm.2009.02.077

CrossRef Volledige Tekst

Timko, M., Molcan, M., Hashim, A., Skumiel, A., Muller, M., Gojzewski, H., et al. (2013). Hyperthermisch effect in schorsing van magnetosomen bereid door verschillende methoden. IEEE Trans. Magn. 49, 250–254. doi: 10.1109 / TMAG.2012.2224098

CrossRef volledige tekst

Xiang, L., Wei, J., Jianbo, S., Gulli, W., Feng, G., en Ying, L. (2007). Gezuiverde en gesteriliseerde magnetosomen uit Magnetospirillum gryphiswaldense MSR-1 waren in vitro Niet toxisch voor muizenfibroblasten. Lett. Appl. Microbiol. 45, 75–81. doi: 10.1111 / j. 1472-765X. 2007. 02143.X

Pubmed Abstract / Pubmed Full Text / CrossRef Full Text

Yang, C.-D., Takeyama, H., Tanaka, T., and Matsunaga, T. (2001). Effecten van groeimedium samenstelling, ijzerbronnen en atmosferische zuurstofconcentraties op de productie van luciferase-bacterieel magnetisch deeltjescomplex door een recombinant Magnetospirillum magneticum AMB-1. Enzym Microb. Technol. 29, 13–19. doi: 10.1016 / S0141-0229 (01)00343-X

Pubmed Abstract / Pubmed Full Text / CrossRef Full Text

Yoshino, T., Hirabe, H., Takahashi, M., Kuhara, M., Takeyama, H., and Matsunaga, T. (2007). Magnetische cel scheiding met behulp van nano-sized bacteriële magnetische deeltjes met gereconstrueerd magnetosoom membraan. Biotechnol. Bioeng. 101, 470–477. doi: 10.1002 / bit.21912

Pubmed Abstract / Pubmed Full Text / CrossRef Full Text

Zhang, Y., Zhang, X., Jiang, W., Li, Y., and Li, J. (2011). Semicontinu cultuur van Magnetospirillum gryphiswaldense MSR-1 cellen in een autofermentor door nutriënt-evenwichtige en isosmotische voedingsstrategieën. Appl. Environ. Microbiol. 77, 5851–5856. doi: 10.1128 / AEM.05962-11

Pubmed Abstract / Pubmed Full Text / CrossRef Full Text