Articles

frontiere în bioinginerie și Biotehnologie

Introducere

Magnetozomii sunt structuri intracelulare produse de bacterii magnetotactice, care cuprind nanoparticule magnetice înconjurate de membrană bistrat lipidică. Acestea au atras multă atenție pentru aplicațiile biotehnologice. Acest lucru se datorează unei serii de proprietăți atrăgătoare rezumate mai jos, care nu se găsesc de obicei în nanoparticule sintetizate chimic.

(i) magnetozomii sunt nanoparticule magnetice, care posedă o distribuție de dimensiuni înguste și o morfologie uniformă atunci când bacteriile magnetotactice sunt cultivate în condiții optime, adică folosind în esență o concentrație scăzută de oxigen (variată între 0,25 și 10 mbar, Heien și Sch Okticler, 2003) în timpul creșterii. În aceste condiții, distribuția dimensiunii magnetozomilor poate fi la fel de mică ca ~10 nm, cu dimensiuni magnetozomice situate de obicei între 45 și 55 nm pentru speciile cele mai frecvent studiate de bacterii magnetotactice (AMB-1 și MSR-1) (Bazylinski și Frankel, 2004; Taylor și Barry, 2004).

(ii) miezul magnetozomilor este de obicei compus din magnetit (Fe3O4) care se poate oxida în maghemit (yFe2O3). Miezul magnetozomului este, de asemenea, de obicei cu niveluri ridicate de puritate și cristalinitate (Bazylinski și Frankel, 2004).

(iii) magnetozomii sunt de obicei mari nanoparticule cu un singur domeniu magnetic. Aceasta duce la un moment magnetic care este stabil termic la temperatura fiziologică. Prin urmare, produce proprietăți magnetice mai bune decât cele găsite în nanoparticulele de oxid de fier sintetizate chimic, care sunt de obicei superparamagnetice și posedă un moment magnetic instabil termic. De asemenea, produce valori ridicate ale coercivității (hc ~ 20-40 mT) și raportul dintre magnetizarea remanentă și saturație (Mr/Ms ~ 0,4–0,5) (Pan și colab., 2005; Alphand Otrivry și colab., 2008). În condițiile specifice descrise mai jos, aceste proprietăți magnetice au ca rezultat Capacități de încălzire mai mari și agenți de contrast mai buni pentru imagistica prin rezonanță magnetică (RMN) pentru magnetozomi decât pentru nanoparticule sintetizate chimic.

(iv) magnetozomii sunt de obicei aranjați în lanțuri în interiorul bacteriilor. Acest aranjament este suficient de stabil pentru a fi păstrat chiar și după întreruperea bacteriilor pentru a izola magnetozomii. Un astfel de aranjament este atrăgător, deoarece previne agregarea și produce o rată ridicată de internalizare în celulele umane, două proprietăți care sunt de obicei dorite pentru aplicații medicale (Alphand Otrivry și colab., 2011b, 2012a).

(v) magnetozomii sunt acoperiți de material biologic format dintr-o majoritate de lipide și o minoritate de proteine. Această acoperire biologică are ca rezultat magnetozomi încărcați negativ cu o bună dispersie în apă (Alphand Otrivry și colab., 2011b, 2012a). În schimb, nanoparticulele sintetizate chimic nu sunt acoperite în mod natural și trebuie stabilizate, de exemplu, prin acoperirea cu molecule de dextran sau PEG. Acest lucru face de obicei sinteza lor mai complicată decât cea a magnetozomilor.

(vi) magnetozomii pot fi funcționalizați cu ușurință, datorită prezenței diferitelor grupuri chimice la suprafața lor (Sun și colab., 2011).

(vii) au fost publicate metode care permit producerea unei cantități mari de magnetozomi de până la 170 mg/l/Zi de magnetozomi (Matsunaga și colab., 1990, 1996; Yang și colab., 2001; Heien și Sch Okticler, 2003; Sun și colab., 2008a; Liu și colab., 2010; Zhang și colab., 2011; Alphand Otrivry și colab., 2012b).

(viii) când sunt preparate în condiții specifice, magnetozomii posedă o biocompatibilitate ridicată și o toxicitate scăzută (Xiang și colab., 2007; Sun și colab., 2010).

(ix) în cele din urmă, magnetozomii sunt obținuți prin cultivarea bacteriilor magnetotactice într-un mediu de creștere, care nu este toxic (de exemplu, mediul ATCC 1653 pentru specia AMB-1). Acest lucru contrastează cu utilizarea produselor toxice utilizate adesea în timpul preparării nanoparticulelor sintetizate chimic.

prepararea suspensiilor de bacterii Magnetotactice și Magnetozomi bacterieni

în funcție de tipul de aplicare, pot fi preparate diferite tipuri de suspensii care conțin fie bacterii magnetotactice, fie magnetozomi izolați. De exemplu, pentru vizarea tumorilor, sa sugerat utilizarea suspensiilor de bacterii magnetotactice vii, care sunt administrate intravenos și sunt atrase în mod natural de mediul anoxic al tumorii (Benoit și colab., 2009). Cu toate acestea, utilizarea bacteriilor magnetotactice vii pentru aplicații medicale va fi puțin probabil acceptată de agențiile de reglementare (FDA în SUA, Ema în Europa) și această revizuire se concentrează pe magnetozomi care vor fi mai probabil Acceptați pentru studiile clinice. Pentru tratarea cancerelor folosind hipertermie magnetică, s-a sugerat utilizarea suspensiilor care conțin lanțuri de magnetozomi (lanțuri de nanoparticule magnetice) extrase din bacterii magnetotactice (Alphand Otrivry și colab., 2011a, b, 2012a, 2013). Pentru alte aplicații, magnetozomii care au fost utilizați au fost izolați de bacteriile magnetotactice și tratați pentru a îndepărta materialul biologic care le înconjoară. Apoi au fost acoperite cu lipide pentru stabilizare (Yoshino și colab., 2007). Pentru a prepara suspensii care conțin bacterii magnetotactice întregi vii, tulpinile AMB-1, MSR-1 sau MS-1 pot fi achiziționate din colecția de cultură ATCC sau DSMZ cu un protocol de creștere, care este furnizat. O imagine TEM (transmisie electronică microscopică) a unei bacterii magnetotactice întregi tipice care conține mai multe lanțuri de magnetozomi este prezentată în figura 1a. printre diferitele tulpini de bacterii magnetotactice, MSR-1 a obținut cel mai mare randament de producție de magnetozomi (170 mg/l/zi) (Zhang și colab., 2011) și, prin urmare, pare a fi o tulpină promițătoare pentru aplicațiile medicale, care necesită o cantitate mare de magnetozomi. Pentru a obține suspensii care conțin lanțuri extrase de magnetozomi, cum ar fi cele prezentate în figura 1b, acesta din urmă poate fi izolat de bacterii magnetotactice folosind fie Sonicare (Taoka și colab., 2006; Sun și colab., 2008b; Alphand Otrivry și colab., 2011b), un tratament cu hidroxid de sodiu (Philipse și Maas, 2002), cu o presă franceză (gr., 2004; Matsunaga și colab., 2007; Xiang și colab., 2007) sau cu un omogenizator de presiune (Guo și colab., 2011; Tang și colab., 2012). S-au sugerat, de asemenea, diferite metode pentru purificarea suspensiei magnetozomilor după extracție care implică fie separarea magnetică a magnetozomilor de resturile celulare (gr., 2001; Alphand Otrivry și colab., 2011b, 2012a), un tratament cu proteinaza K pentru îndepărtarea proteinelor de suprafață (Guo și colab., 2011), fluorura de fenilmetilsulfonil pentru a inhiba activitatea proteazei, Dnaza I pentru a elimina ADN-ul (Sun și colab., 2007). Cea mai frecvent utilizată metodă de sterilizare pentru suspensiile magnetozomice este razele gamma (Guo și colab., 2011). Magnetozomii pot fi stabilizați în apă. Înainte de a fi administrate la om, suspensiile magnetozomilor trebuie, de asemenea, caracterizate. Materialul biologic din jurul magnetozomilor poate fi caracterizat prin cromatografie, spectroscopie în infraroșu, pagina SDS și spectroscopie de masă (gr., 2004). TEM poate fi utilizat pentru a măsura dimensiunea magnetozomilor și pentru a verifica nivelul ridicat de cristalinitate al miezului magnetozomului. Măsurătorile magnetice ar putea fi, de asemenea, efectuate pentru a detecta tranziția Verwey, ceea ce ar dezvălui prezența magnetitului în magnetozomi (Alphand Otrivry și colab., 2008). În cele din urmă, este de asemenea posibil să se obțină suspensii de magnetozomi individuali izolați din bacterii magnetotactice (figura 1C), în care cea mai mare parte a materialului biologic a fost îndepărtată prin încălzirea suspensiilor de magnetozomi în timpul 5 h la 90 centimetric C în prezența a 1% SDS (Alphand Otrivtry și colab., 2011b, 2012a).

figura 1
www.frontiersin.org

Figura 1. Imagini de microscopie electronică de transmisie a unei singure bacterii magnetotactice (a) a lanțurilor de magnetozomi extrase din bacterii magnetotactice întregi (B) ale magnetozomilor individuali detașați de lanțuri prin tratament termic și SDS (C).

toxicitatea și Biodistribuția Magnetozomilor bacterieni

s-a constatat că citotoxicitatea magnetozomilor bacterieni depinde puternic de tipul de celulă testată. Pentru celulele Hepatomului H22 (celulele cancerului hepatic) și celulele promielocitare hl60 (celulele leucemice), magnetozomii bacterieni au început să prezinte semne de citotoxicitate la concentrații relativ scăzute de magnetozomi de 9 octogg/mL (Sun și colab., 2010). Pe de altă parte, pentru fibroblaste și celulele cancerului de sân, cum ar fi celulele EMT-6 sau celulele MDA-MB-231, magnetozomii nu au fost citotoxicitate sub ~1 mg/mL (Xiang și colab., 2007; Sun și colab., 2010; Alphand Otrivry și colab., 2011b). De asemenea, s-a constatat că citotoxicitatea depinde de timpul de incubație (Alphand Otrivry și colab., 2008). Într-adevăr, pentru concentrațiile de magnetozomi mai mari de 1 mg/mL, citotoxicitatea s-a dovedit a fi scăzută atunci când timpul de incubație a fost mai scurt de 24 h. pe de altă parte, pentru concentrațiile de magnetozomi mai mici de 1 mg/mL, citotoxicitatea a rămas scăzută chiar și pentru perioade de incubație mai lungi de 24 h. citotoxicitatea magnetozomilor pare a fi comparabilă cu cea a nanoparticulelor de oxid de fier superparamagnetice (SPION), care s-au dovedit a fi citotoxice peste o concentrație de 100 de hectog/mL (Karlsson și colab., 2008; Ankamwar și colab., 2010; Singh și colab., 2010). De asemenea, a fost studiată toxicitatea acută a magnetozomilor bacterieni. S-a constatat că pentru o administrare intravenoasă de magnetozomi bacterieni, șobolanii ar putea supraviețui pentru o cantitate maximă de magnetozomi administrați de 480 mg/kg (Liu și colab., 2012). Această cantitate de nanoparticule este mai mare decât cea de 135 mg/kg găsită pentru SPION (Liu și colab., 2012). De asemenea, a fost raportată imunotoxicitatea magnetozomilor. Pentru aceasta, 1 mg dintr-o suspensie de magnetozomi bacterieni (nanoparticule magnetice) a fost administrată în urechile iepurilor și au fost monitorizate temperaturile iepurelui (Sun și colab., 2010). S-a constatat că temperaturile de iepure nu au crescut după administrarea suspensiilor de magnetozomi. Acest rezultat împreună cu alte constatări prezentate în referință (Sun și colab., 2010) susțin ideea că magnetozomii nu sunt pirogenici atunci când sunt preparați în condițiile specifice descrise în Sun și colab. (2010).

în ceea ce privește biodistribuția magnetozomilor, pot apărea situații diferite. Magnetozomii ar putea fi metabolizați de organism și transformați în fier liber. Ele pot rămâne, de asemenea, sub formă de nanoparticule cristalizate. În ambele cazuri, fierul liber sau magnetozomii cristalizați se pot acumula în organism sau pot fi eliminați în fecale sau urină. Pentru a înțelege biodistribuția magnetozomilor, aceștia din urmă au fost amestecați cu proteine din pancreasul bovin care simulează activitatea lizozomilor. S-a observat că magnetozomii au fost degradați de proteaze după 28 de zile, ceea ce sugerează că lizozomii degradează magnetozomii (Liu și colab., 2012). Magnetozomii au fost, de asemenea, administrați intravenos la șobolani (Sun și colab., 2009) și șoareci (Liu și colab., 2012) și s-a constatat că ajung în lizozomii ficatului și splinei (Sun și colab., 2009; Liu și colab., 2012). Aceste rezultate sugerează că sistemul reticuloendotelial elimină magnetozomii din fluxul sanguin și că magnetozomii sunt apoi transformați în fier liber (Sun și colab., 2009). În acest studiu (Sun și colab., 2009), magnetozomii nu au fost găsiți nici în fecale, nici în urină sau șobolani. Cu toate acestea, în alte studii, magnetozomii au fost găsiți în fecalele șobolanilor după administrarea intratumorală (Alphand Otrivry și colab., 2011b) sau administrare intravenoasă, așa cum se observă prin observarea TEM a fecalelor (rezultate nepublicate obținute de noi). Putem concluziona că, după administrarea în organism, o porțiune din magnetozomi este cel mai probabil transformată în fier liber, în timp ce o altă porțiune rămâne într-o formă cristalizată și este eliminată în fecale. Cu toate acestea, sunt necesare mai multe studii pentru a înțelege mai bine biodistribuția magnetozomilor.

aplicații ale Magnetozomilor în RMN, hipertermie magnetică și livrare de medicamente

imagistică prin rezonanță magnetică

mai multe studii raportează utilizarea magnetozomilor bacterieni ca agenți de contrast pozitivi sau negativi. Benoit și colab. (2009) au arătat folosind RMN că bacteriile magnetotactice au o tendință naturală de a viza tumorile la șoareci atunci când sunt administrate intravenos. În acest studiu, bacteriile magnetotactice au fost vizualizate în tumori folosind RMN. S-a demonstrat că o porțiune din magnetozomi generează contrast pozitiv ponderat T1 (timpi de relaxare longitudinali), îmbunătățind vizualizarea bacteriilor magnetotactice din tumori. Un alt aspect interesant al acestui raport constă în constatarea că magnetozomii mici de ~25 nm în dimensiuni medii produc un contrast pozitiv, în timp ce magnetozomii mari de dimensiuni medii ~50 nm nu produc un astfel de contrast. Pentru magnetozomii mici, semnalul RMN ponderat T1 se constată, de asemenea, că crește odată cu creșterea concentrațiilor bacteriene, cu condiția ca concentrația bacteriană să rămână sub un prag de 0.5 1010 celule / mL. Peste 0,5 XCT 1010 celule / mL, semnalul RMN ponderat T1 scade datorită efectului T2 concurent (timpi de relaxare transversali). În general, agenții de contrast buni se caracterizează prin relaxivități foarte mari (inversul timpului de relaxare T2, de obicei desemnat ca r2) și valori foarte scurte ale T2. Astfel de valori ridicate ale r2 pot fi atinse cu magnetozomii. Într−adevăr, s-a demonstrat că atât magnetozomii închiși într-un gel, cât și nanoparticulele ferimagnetice diferite de ferridex și cu proprietăți similare cu magnetozomii posedă valori de r2 până la 1175 și respectiv 324 mM s-1 (Hu și colab., 2010; Lee și colab., 2011). Aceste două valori sunt mai mari decât valoarea r2 ~ 133 mM s−1 Găsită pentru nanoparticule sintetizate chimic ferridex, care sunt în prezent aprobate și testate în clinică ca agenți de contrast pentru aplicarea RMN (Lee și colab., 2011).

hipertermie magnetică

Magnetozomii sunt, de asemenea, candidați buni pentru tratarea cancerelor folosind hipertermie magnetică. Hipertermia magnetică este o tehnică în care nanoparticulele magnetice sunt administrate (sau trimise) tumorilor și apoi încălzite sub aplicarea unui câmp magnetic alternativ. Căldura induce activitate antitumorală. Pentru a fi eficiente pentru hipertermia magnetică, nanoparticulele trebuie, prin urmare, să producă o cantitate mare de căldură. Magnetozomii posedă proprietăți bune de încălzire, în esență datorită dimensiunilor mari, comportamentului lor feromagnetic la temperatura fiziologică și nivelului ridicat de cristalinitate. Pentru nanoparticulele ferimagnetice, cantitatea de căldură generată sub aplicarea unui câmp magnetic alternativ este în esență proporțională cu aria buclei lor de histerezis, care crește odată cu creșterea dimensiunilor nanoparticulelor. Într-adevăr, în majoritatea cazurilor, Hc și Mr/Ms care sunt proporționale cu aria buclelor de histerezis, cresc odată cu creșterea dimensiunilor nanoparticulelor. Cantitatea de căldură produsă de magnetozomi a fost estimată prin măsurarea pierderilor de magnetozomi pe cicluri, care sunt definite ca sar magnetozom (rate specifice de absorbție) împărțite la frecvența câmpului magnetic aplicat. S-a constatat că pierderile de magnetozomi pe ciclu cresc odată cu creșterea intensității câmpului magnetic de la 0,1 la 0,2 J/kg (jouli pe kilogram de fier conținut în magnetozomii încălziți) pentru o intensitate a câmpului magnetic de 6 mT (Hergt și colab., 2005, 2008; Dutz și colab., 2007; Timko și colab., 2009, 2013), până la 0.5-1 J / kg pentru o intensitate a câmpului magnetic de 12 mT (Hergt și colab., 2005, 2008; Dutz și colab., 2007; Sun și colab., 2009). Aceste valori sunt mai mari decât cele ale SPION în esență atunci când Intensitatea câmpului magnetic este mai mare de 10 mT (Alphand Otrivry și colab., 2011a).

au fost studiate și mecanismele de încălzire ale magnetozomilor (Alphand Otrivry și colab., 2011a). Scopul acestui studiu (Arakaki și colab., 2008), a fost de a determina ce tip de magnetozomi între magnetozomii conținuți în bacteriile magnetotactice întregi, lanțurile de magnetozomi izolați de bacteriile magnetotactice și magnetozomii individuali detașați de lanțuri prin tratamente termice și SDS, este cel mai potrivit candidat pentru tratamentul hipertermiei magnetice a tumorilor. Există în esență două mecanisme care pot produce căldură atunci când magnetozomii sunt expuși unui câmp magnetic alternativ. Acestea se datorează fie inversării momentului magnetic al magnetozomului, fie rotației fizice a magnetozomilor sub aplicarea unui câmp magnetic alternativ. Pentru a elimina contribuția rotației la mecanismul de încălzire al magnetozomilor, suspensiile de bacterii magnetotactice întregi care nu produc căldură prin rotație au fost expuse unui câmp magnetic alternativ (Alphand Otrivry și colab., 2011a). Pentru astfel de suspensii de bacterii magnetotactice întregi, s-au măsurat pierderi pe cicluri de 1,1 J/kgFe la 23 mT și de 8 J/kgFe la 88 mt. Pentru a permite rotația lanțurilor de magnetozomi, acestea din urmă au fost extrase din bacterii magnetotactice prin Sonicare. Pentru aceste lanțuri extrase de magnetozomi, pierderile pe ciclu au crescut la 5 J/kgFe la 23 mT și la 11 J / kgFe la 83 mt (Alphand Otrivry și colab., 2011a), arătând că rotația lanțurilor magnetozomilor contribuie la mecanismul de încălzire. În cele din urmă, magnetozomii au fost detașați de lanțuri prin tratament termic și SDS pentru a produce suspensii de magnetozomi individuali. Valorile SAR obținute pentru magnetozomii individuali (5 J / kgFe la 23 mT și 9 J / kgFe la 83 mT (Alphand Otrivry și colab., 2011a)) au fost relativ similare cu cele ale lanțurilor de magnetozomi. Prin urmare, nu a fost posibil să se decidă care dintre lanțurile magnetozomilor sau magnetozomii individuali ar fi cel mai bun candidat pentru tratamentele de hipertermie magnetică in vivo ale tumorilor (Alphand Otrivry și colab., 2011a). Prin urmare, ambele tipuri de magnetozomi au fost testate in vivo.

pentru a evalua activitatea antitumorală a magnetozomilor (Alphand Otrivry și colab., 2011b), 100 unqql de suspensii care conțin fie magnetozomi individuali, fie lanțuri de magnetozomi la o concentrație de 10 mg/mL au fost administrate în centrul tumorilor mamare MDA-MB-231 xeno-grefate sub pielea șoarecilor urmând protocolul ilustrat în diagrama schematică din Figura 2. Șoarecii au fost apoi expuși la un câmp magnetic alternativ cu o intensitate medie a câmpului ~20 mT și o frecvență de 198 kHz de trei ori pe parcursul a 20 de minute. Aceasta a produs o creștere a temperaturii tumorii până la ~43 C. Tratamentul cu lanțuri de magnetozomi a dus la dispariția totală a tumorii la 30 de zile după tratament la mai mulți șoareci (Figura 2), în timp ce utilizarea magnetozomilor individuali nu a produs o activitate antitumorală semnificativă (Alphand Otrivry și colab., 2011b). Eficacitatea tratamentului a fost atribuită, pe de o parte, internalizării lanțurilor de magnetozomi din interiorul celulelor tumorale care au permis încălzirea intracelulară și, prin urmare, distrugerea eficientă a celulelor tumorale. Pe de altă parte, eficacitatea lanțurilor de magnetozomi a fost raportată să apară din distribuția lor omogenă în întreaga tumoare, care se datorează în mare parte nivelului lor scăzut de agregare.

figura 2
www.frontiersin.org

Figura 2. Diagrama schematică care arată tratamentul unui șoarece folosind hipertermie magnetică. Șoarecele are o tumoare de sân xeno-grefată sub piele. O suspensie de magnetozomi este administrată în centrul tumorii; șoarecele este apoi poziționat în interiorul unei bobine unde se aplică un câmp magnetic alternativ de trei ori în decurs de 20 de minute. Tumoarea dispare la 30 de zile după tratament, așa cum se poate vedea în fotografia din dreapta jos.

livrarea de medicamente

datorită prezenței diferitelor grupuri chimice la suprafața magnetozomilor, este posibilă conjugarea medicamentelor precum doxorubicina la suprafața magnetozomului (Sun și colab., 2007, 2008b). Magnetozomii la care se conjugă doxorubicina au fost testați ca agenți antitumorali împotriva cancerului hepatic. S-a demonstrat că prin conjugarea doxorubicinei la magnetozomi, a fost posibilă creșterea ușoară a activității antitumorale de la 79% pentru doxorubicină singură până la 87% pentru doxorubicină legată de magnetozomi (Sun și colab., 2007, 2008b). Avantajul utilizării magnetozomilor se datorează în principal scăderii toxicității. În timp ce doxorubicina este foarte toxică atunci când este utilizată singură cu o rată a mortalității de 80%, doxorubicina legată de magnetozomi este mult mai puțin toxică, cu o rată a mortalității de 20% (Sun și colab., 2007, 2008b). Prin urmare, există o creștere mare a raportului beneficiu / risc atunci când doxorubicina este conjugată cu magnetozomii, arătând potențialul medicamentelor conjugate cu magnetozomii pentru tratamentele pentru cancer.

alte aplicații medicale ale Magnetozomilor bacterieni

Magnetozomii pot fi utilizați pentru alte aplicații, de exemplu, pentru a detecta polimorfismul nucleotidic, care este util pentru diagnosticarea bolilor precum cancerul, hipertensiunea sau diabetul, pentru a separa celulele sau pentru a detecta ADN-ul (Arakaki și colab., 2008). Pentru a separa celulele, au fost testate margele magnetice sau SPION. Cu toate acestea, aceste două tipuri de materiale magnetice prezintă dezavantaje. Margelele magnetice sunt mari și, prin urmare, împiedică celulele să se împartă și să prolifereze corect. Spionii, pe de altă parte, sunt doar slab magnetici datorită momentului lor magnetic instabil la temperaturi fiziologice și de cameră, ceea ce le face slab eficiente pentru separarea celulelor. În schimb, magnetozomii sunt de dimensiuni mai mici decât mărgelele magnetice și sunt mai puternic magnetici decât SPION datorită proprietăților lor ferimagnetice. Acest lucru îi face candidați ideali pentru aplicații în separarea celulelor (Arakaki și colab., 2008). Magnetozomii au fost, de asemenea, utilizați pentru imunoteste, de exemplu, pentru a detecta molecule mici, cum ar fi poluanți, hormoni sau detergenți toxici. Aceste molecule au fost atașate la suprafața magnetozomului folosind anticorpi care se leagă în mod specific de ele. Complexul format din magnetozomi și aceste molecule a fost apoi detectat (Arakaki și colab., 2008). În cele din urmă, magnetozomii au fost folosiți pentru a extrage ADN-ul. Pentru aceasta, au fost modificate și acoperite cu straturi de AMINOSILANI care leagă ADN-ul. Complexul format din magnetozomi și ADN a fost legat de o coloană magnetică, iar ADN-ul a fost colectat prin eluție cu un tampon fosfat (Arakaki și colab., 2008).

în concluzie, am prezentat în această revizuire mai multe aplicații medicale ale magnetozomilor și am descris, de asemenea, pe scurt câteva metode care pot fi utilizate pentru a pregăti magnetozomii pentru aceste aplicații.

Declarație privind conflictul de interese

autorul declară că cercetarea a fost realizată în absența oricăror relații comerciale sau financiare care ar putea fi interpretate ca un potențial conflict de interese.

Alphand Unacry, E., Chebbi, I., Guyot, F. și Durand-Dubief, M. (2013). Utilizarea magnetozomilor bacterieni în tratamentul hipertermiei magnetice a tumorilor: o revizuire. Int. J. Hipertermia 29, 801-809. doi: 10.3109/02656736.2013.821527

Pubmed rezumat / Pubmed text complet / CrossRef text complet

Alphand Ouxtry, E., Faure, S., Raison, L., Duguet, E., Howse, P. A. și Bazylinski, D. A. (2011a). Producția de căldură prin magnetozomi bacterieni expuși la un câmp magnetic oscilant. J. Phys. Chem. C 115, 18-22. doi: 10.1021 / jp104580t

CrossRef text complet

Alphand Otrivry, E., Faure, S., Seksek, O., Guyot, F. și Chebbi, I. (2011b). Lanțuri de magnetozomi extrase din bacterii magnetotactice AMB-1 pentru aplicare în terapia alternativă a cancerului de câmp magnetic. ACS Nano 5, 6279-6296. doi: 10.1021 / nn201290k

Pubmed rezumat / Pubmed text complet / CrossRef text complet

Alphand Otrivry, E., Guyot, F. și Chebbi, I. (2012a). Prepararea lanțurilor de magnetozomi, izolate din tulpina Magnetospirillum magneticum AMB-1 bacterii magnetotactice, producând un tratament eficient al tumorilor folosind hipertermie magnetică. Int. J. Pharm. 434, 444–452. doi: 10.1016 / j. ijpharm.2012.06.015

Pubmed rezumat / Pubmed text complet / CrossRef text complet

Alphand Otrivry, E., Amor, M., Guyot, F. și Chebbi, I. (2012b). Efectele agenților de chelare a fierului asupra tulpinii MAGNETOSPIRILLUM magneticum AMB-1: Creșterea stimulată și producția de magnetozomi și proprietățile îmbunătățite de încălzire a magnetozomilor. Appl. Micriobiol. Biotehnol. 96, 663–670. doi: 10.1007 / s00253-012-4199-5

Pubmed rezumat / Pubmed text complet / CrossRef text complet

Alphand Ouxtry, E., ONG, A. T., Left Ouxvre, C., Lisiecki, I., Wu, L. F., și Pileni, M. P. (2008). Diferența dintre proprietățile magnetice ale bacteriilor magnetotactice și cele ale lanțurilor extrase de magnetozomi: influența distanței dintre lanțurile magnetozomilor. J. Phys. Chem. C 112, 12304-12309. doi: 10.1021 / jp800408t

CrossRef text complet

Ankamwar, B., Lai, T. C., Huang, J. H., Liu, R. S., Hsiao, M. și Chen, C. H. (2010). Biocompatibilitatea nanoparticulelor Fe(3) O (4) evaluate prin teste de citotoxicitate in vitro utilizând celule normale de glia și cancer de sân. Nanotehnologia 21, 75102. doi:10.1088/0957-4484/21/7/075102

Pubmed rezumat / Pubmed text complet / CrossRef text complet

Arakaki, A., Nakazawa, H., Nemoto, M., Mori, T., și Matsunaga, T. (2008). Formarea magnetitei de către bacterii și aplicarea acesteia. J. R. Soc. Interfața 5, 977-999. doi: 10.1098/rsif.2008.0170

Pubmed rezumat / Pubmed text complet / CrossRef text complet

Bazylinski, D. A. și Frankel, R. (2004). Formarea magnetozomilor în procariote. Nat. Rev. Microbiol. 2, 217–230. doi: 10.1038 / nrmicro842

CrossRef text complet

Benoit, M., Mayer, D., Barak, Y., Chen, I. Y., Hu, W., Cheng, Z. și colab. (2009). Vizualizarea tumorilor implantate la șoareci cu imagistică prin rezonanță magnetică folosind bacterii magnetotactice. Clin. Res.15, 5170-5177. doi: 10.1158 / 1078-0432.CCR-08-3206

Pubmed rezumat / Pubmed text complet / CrossRef text complet

Dutz, S., Hergt, R., M Oqurrbe, J., M Oqurller, R., Zeisberger, M., Andr, W., și colab. (2007). Pierderi de histerezis ale pulberilor de nanoparticule magnetice în intervalul de dimensiuni al unui singur domeniu. J. Magn. Magn. Mater. 308, 305–312. doi: 10.1088/0953-8984/20/38/385214

Pubmed rezumat / Pubmed text complet / CrossRef text complet

R., Linder, D., Kube, M., și colab. (2004). Analiza biochimică și proteomică a membranei magnetozomice în Magnetospirillum gryphiswaldense. Appl. Environ. Microbiol. 70, 1040-1050. doi: 10.1128 / AEM.70.2.1040-1050.2004

Pubmed rezumat / Pubmed text complet / CrossRef text complet

Gr.N., K., Wawer, C., Tebo, B. M. și Sch. N., D. (2001). Un grup mare de gene care codifică mai multe proteine magnetozomice este conservat în diferite specii de bacterii magnetotactice. Appl. Environ. Microbiol. 67, 4573–4582. doi: 10.1128 / AEM.67.10.4573-4582.2001

Pubmed rezumat / Pubmed text complet / CrossRef text complet

Guo, F., Liu, Y., Chen, Y., Tang, T., Jiang, W., Li, Y. și colab. (2011). O nouă procedură rapidă și continuă pentru purificarea pe scară largă a magnetozomilor din Magnetospirillum gryphiswaldense. Appl. Microbiol. Biotehnol. 90, 1277–1283. doi: 10.1007 / s00253-011-3189-3

Pubmed rezumat / Pubmed text complet / CrossRef text complet

Hergt, R., Dutz, S. și Roder, M. (2008). Efectele distribuției mărimii asupra pierderilor de histerezis ale nanoparticulelor magnetice pentru hipertermie. J Phys Condens Contează 20, 385214. doi:10.1088/0953-8984/20/38/385214

Pubmed rezumat / Pubmed text complet / CrossRef text complet

Hergt, R., Hiergeist, R., Zeisberger, M., Sch Okticler, D., Heien, U., Hilger, I., și colab. (2005). Proprietățile magnetice ale magnetozomilor bacterieni ca potențiale instrumente de diagnostic și terapeutice. J. Magn. Magn. Mater. 293, 80–86. doi: 10.1016 / j. jmmm.2005.01.047

CrossRef text complet

Heyen, U. și Sch Okticler, D. (2003). Creșterea și formarea magnetozomilor prin tulpini microaerofile Magnetospirillum în fermentor controlat cu oxigen. Appl. Microbiol. Biotehnol. 61, 536–544. doi: 10.1007 / s00253-002-1219-X

Pubmed rezumat / Pubmed text complet / CrossRef text complet

Hu, L. L., Zhang, F., Wang, Z., tu, X. F., Nie, L., Wang, H. X. și colab. (2010). Compararea îmbunătățirii relaxării 1H RMN produsă de magnetozomii bacterieni și nanoparticulele sintetice de oxid de fier pentru utilizarea potențială ca sonde moleculare MR. IEEE Trans. Appl. Supercond. 20, 822–825. doi: 10.1109 / TASC.2010.2041218

CrossRef text complet

Karlsson, H. L., Cronholm, P., Gustafsson, J. și Moller, L. (2008). Nanoparticulele de oxid de cupru sunt foarte toxice: o comparație între nanoparticulele de oxid de metal și nanotuburile de carbon. Chem. Res. Toxicol. 21, 1726–1732. doi: 10.1021 / tx800064j

Pubmed rezumat / Pubmed text complet / CrossRef text complet

Lee, N., Kim, H., Choi, S. H., Park, M., Kim, D., Kim, H.-C. și colab. (2011). Nanocuburi de oxid de fier feromagnetic asemănător magnetozomilor pentru RMN extrem de sensibil al celulelor unice și al insulelor pancreatice transplantate. Proc. Natl. Acad. Sci. SUA 108, 2662-2667. doi: 10.1073 / pnas.1016409108

Pubmed rezumat / Pubmed text complet / CrossRef text complet

Liu, R.-T., Liu, J., Tong, J.-Q., Tang, T., Kong, W.-C., Wang, X.-W. și colab. (2012). Efectul de încălzire și biocompatibilitatea magnetozomilor bacterieni ca materiale potențiale utilizate în hipertermia fluidelor magnetice. Prog. Nat. Sci. Mater. Int. 22, 31–39. doi: 10.1016 / j. pnsc.2011.12.006

CrossRef text complet

Liu, Y., Li, G. R., Jiang, W., Li, Y. și Li, L. J. (2010). Producția pe scară largă de magnetozomi prin cultura chemostat de Magnetospirillum gryphiswaldense la densitate celulară ridicată. Microbul. Fapt Celular. 9, 99. doi:10.1186/1475-2859-9-99

Pubmed rezumat / Pubmed text complet / CrossRef text complet

Matsunaga, T., Maeda, Y., Yoshino, T., Takeyama, H., Takahashi, M., Ginya, H. și colab. (2007). Imunotest complet automatizat pentru detectarea granulelor nano-magnetice antigen specifice prostatei și a compozitelor de mărgele micro-polistiren, ‘margele pe margele’. Anal. Chim. Acta 597, 331-339. doi: 10.1016 / j.aca.2007.05.065

Pubmed rezumat / Pubmed text complet / CrossRef text complet

Matsunaga, T., Tadokora, F. și Nakamura, N. (1990). Cultura de masă a bacteriilor magnetice și aplicarea lor la imunotestele de tip flux. IEEE Trans. Magn. 26, 1557–1559. doi: 10.1109 / 20.104444

CrossRef text complet

Matsunaga, T., Tsujimura, N. și Kamiya, S. (1996). Îmbunătățirea producției de particule magnetice prin cultura de nitrați și succinați alimentați de Magnetospirillum sp. AMB-1. Biotehnol. Tech. 10, 495–500. doi: 10.1007 / BF00159513

CrossRef text complet

Pan, Y., Peterson, N., Winklhofer, M., Davila, A. F., Liu, Q., Frederichs, T. și colab. (2005). Proprietățile magnetice ale bacteriilor magnetotactice necultivate. Planeta Pământ. Sci. Let. 237, 311–325. doi: 10.1016 / j.epsl.2005.06.029

CrossRef text complet

Philipse, A. P. și Maas, D. (2002). Coloizi magnetici din bacterii magnetotactice: formarea lanțului și stabilitatea coloidală. Langmuir 18, 9977-9984. doi: 10.1021 / la0205811

CrossRef text complet

Singh, N., Jenkins, G. J. S., Asadi, R. și Doak, S. H. (2010). Toxicitate potențială a nanoparticulelor de oxid de fier superparamagnetic (SPION). Nano Rev. 1, 5358-5372. doi: 10.3402 / nano.v1i0. 5358

Pubmed rezumat | Pubmed text complet | CrossRef text complet

Sun, J., Li, Y., Liang, X.- J. și Wang, P. C. (2011). Magnetozomul bacterian: un nou purtător de droguri biogenetic magnetic vizat cu potențiale multifuncționale. J. Nanomater. 2011: 469031, 13 p. doi:10.1155/2011/469031

Pubmed rezumat / Pubmed text complet / CrossRef text complet

Sun, J., Tang, T., Duan, J., Xu, P.-X., Wang, Z., Zhang, Y. și colab. (2010). Biocompatibilitatea magnetozomilor bacterieni: Toxicitate acută, imunotoxicitate și citotoxicitate. Nanotoxicologie 4, 271-283. doi: 10.3109/17435391003690531

Pubmed rezumat / Pubmed text complet / CrossRef text complet

Sun, J.-B., Duan, J.-H., Dai, S. – L., Ren, J., Zhang, Y. – D., Tian, J.-S. și colab. (2007). Efectele antitumorale in vitro și in vivo ale doxorubicinei încărcate cu magnetozomi bacterieni (DBMs) asupra celulelor H22: bio-nanoparticulele magnetice ca purtători de medicamente. Cancer Lett. 258, 109–117. doi: 10.1016/j.canlet.2007.08.018

Pubmed rezumat / Pubmed text complet / CrossRef text complet

Sun, J.-B., Wang, Z. – L., Duan, J.-H., Ren, J., Yang, X. – D., Dai, S.-L. și colab. (2009). Distribuția țintită a magnetozomilor bacterieni izolați din Magnetospirillum gryphiswaldense MSR-1 la șobolani sănătoși Sprague-Dawley. J. Nanosci. Nanotehnol. 9, 1881–1885. doi: 10.1166 / jnn.2009.410

Pubmed rezumat / Pubmed text complet / CrossRef text complet

Sun, J.-B., Zhao, F., Tang, T., Jiang, W., Tian, J.-S. și Li, J.-L. (2008a). Creșterea cu randament ridicat și formarea magnetozomilor de către Magnetospirillum gryphiswaldense MSR-1 într-un fermentator controlat cu oxigen furnizat exclusiv cu aer. Appl. Microbiol. Biotehnol. 79, 389–397. doi: 10.1007 / s00253-008-1453-y

Pubmed rezumat / Pubmed text complet / CrossRef text complet

Sun, J.-B., Duan, J.-H., Dai, S.-L., Ren, J., Guo, L., Jiang, W. și colab. (2008b). Pregătirea și evaluarea eficienței antitumorale a magnetozomilor bacterieni încărcați cu doxorubicină: nanoparticule magnetice ca purtători de medicamente izolați din Magnetospirillum gryphiswaldense. Biotehnol. Bioeng. 101, 1313–1320. doi: 10.1002/pic.22011

Pubmed rezumat / Pubmed text complet / CrossRef text complet

Tang, T., Zhang, L., Gao, R., Dai, Y., Meng, F. și Li ,Y. (2012). Imagistica fluorescentă și distribuția țintită a particulelor magnetice bacteriene la șoarecii nudi. Appl. Microbiol. Biotehnol. 94, 495–503. doi: 10.1007 / s00253-012-3981-8

Pubmed rezumat / Pubmed text complet / CrossRef text complet

Taoka, A., Asada, R., Sasaki, H., Anzawa, K., Wu, L.-F. și Fukumori, Y. (2006). Localizări spațiale ale Mam22 și Mam12 în magnetozomii Magnetospirillum magnetotacticum. J. Bacteriol. 188, 3805–3812. doi: 10.1128 / JB.00020-06

Pubmed Rezumat / Pubmed Text Complet / CrossRef Text Complet

Taylor, A. P., și Barry, J. C. (2004). Matricea magnetozomală: structura ultrafină poate șablon biomineralizarea magnetozomilor. J. Microscopie 213, 180-197. doi: 10.1111 / j. 1365-2818.2004. 01287.X

Pubmed rezumat / Pubmed text complet / CrossRef text complet

Timko, M., Dzarova, A., Skumiel, A., Jozefcak, A., Hornowski, T., Gojzewski, H. și colab. (2009). Proprietăți magnetice și efect de încălzire în nanoparticule magnetice bacteriene. J. Magn. Magn. Mater. 321, 1521–1524. doi: 10.1016 / j. jmmm.2009.02.077

CrossRef Text Complet

Timko, M., Molcan, M., Hashim, A., Skumiel, A., Muller, M., Gojzewski, H. și colab. (2013). Efectul hipertermic în suspendarea magnetozomilor preparate prin diferite metode. IEEE Trans. Magn. 49, 250–254. doi: 10.1109/TMAG.2012.2224098

CrossRef text complet

Xiang, L., Wei, J., Jianbo, S., Gulli, W., Feng, G. și Ying, L. (2007). Magnetozomii purificați și sterilizați din Magnetospirillum gryphiswaldense MSR-1 nu au fost toxici pentru fibroblastele de șoarece in vitro. Let. Appl. Microbiol. 45, 75–81. doi: 10.1111 / j. 1472-765X.2007.02143.X

Pubmed rezumat / Pubmed text complet / CrossRef text complet

Yang, C.-D., Takeyama, H., Tanaka, T. și Matsunaga, T. (2001). Efectele compoziției mediului de creștere, a surselor de fier și a concentrațiilor atmosferice de oxigen asupra producerii complexului de particule magnetice luciferază-bacterian de către un magnetospirillum magneticum recombinant AMB-1. Microbul Enzimatic. Tehnologie. 29, 13–19. doi: 10.1016 / S0141-0229(01)00343-X

Pubmed rezumat | Pubmed text complet / CrossRef text complet

Yoshino, T., Hirabe, H., Takahashi, M., Kuhara, M., Takeyama, H., și Matsunaga, T. (2007). Separarea celulelor magnetice folosind particule magnetice bacteriene de dimensiuni nano cu membrană magnetozomică reconstruită. Biotehnol. Bioeng. 101, 470–477. doi: 10.1002/pic.21912

Pubmed rezumat / Pubmed text complet / CrossRef text complet

Zhang, Y., Zhang, X., Jiang, W., Li, Y. și Li, J. (2011). Cultura semicontinuă a celulelor Magnetospirillum gryphiswaldense MSR-1 într-un autofermentor prin strategii de hrănire echilibrate cu nutrienți și izosmotice. Appl. Environ. Microbiol. 77, 5851–5856. doi: 10.1128 / AEM.05962-11

Pubmed Rezumat / Pubmed Text Complet / CrossRef Text Complet