Konstruerede proteinkrystaller gør celler magnetiske

Hvis forskere kunne give levende celler magnetiske egenskaber, de kunne måske manipulere cellulære aktiviteter med eksterne magnetfelter. Men tidligere forsøg på at magnetisere celler ved at producere jernholdige proteiner inde i dem har kun resulteret i svage magnetiske kræfter. Nu, forskere, der rapporterer i ACS' Nano bogstaver har konstrueret genetisk kodede proteinkrystaller, der kan generere magnetiske kræfter mange gange stærkere end dem, der allerede er rapporteret.

Det nye område af magnetogenetik søger at bruge genetisk kodede proteiner, der er følsomme over for magnetiske felter, til at studere og manipulere celler. Mange tidligere tilgange har vist et naturligt jernlagringsprotein kaldet ferritin, som selv kan samles til et "bur", der rummer så mange som 4, 500 jernatomer. Men selv med denne store jernopbevaringskapacitet, ferritinbure i celler genererer magnetiske kræfter, der er millioner af gange for små til praktiske anvendelser. For drastisk at øge mængden af ​​jern, som en proteinsamling kan opbevare, Bianxiao Cui og kolleger ønskede at kombinere ferritins jernbindende evne med et andet proteins selvsamlende egenskaber, kaldet Inkabox-PAK4cat, der kan danne enorme, spindelformede krystaller inde i celler. Forskerne spekulerede på, om de kunne beklæde det hule indre af krystallerne med ferritinproteiner for at lagre større mængder jern, der ville generere betydelige magnetiske kræfter.

For at lave de nye krystaller, forskerne fusionerede gener, der koder for ferritin og Inkabox-PAK4cat, og udtrykte det nye protein i humane celler i en petriskål. De resulterende krystaller, som voksede til omkring 45 mikron i længden (eller omkring halvdelen af ​​et menneskehårs diameter) efter 3 dage, påvirkede ikke celleoverlevelse. Forskerne brød derefter cellerne op, isolerede krystallerne og tilsatte jern, hvilket gjorde dem i stand til at trække krystallerne rundt med eksterne magneter. Hver krystal indeholdt omkring fem milliarder jernatomer og genererede magnetiske kræfter, der var ni størrelsesordener stærkere end enkelte ferritinbure. Ved at introducere krystaller, der var præfyldt med jern til levende celler, kunne forskerne flytte rundt på cellerne med en magnet. Imidlertid, de var ude af stand til at magnetisere cellerne ved at tilføje jern til krystaller, der allerede vokser i celler, muligvis fordi jernniveauerne i cellerne var for lave. Dette er et område, der kræver yderligere undersøgelse, siger forskerne.