Bakterielle magnetiske nanopartikler til biomedicinske applikationer

Magnetiske nanopartikler biosyntetiseret af bakterier kan snart spille en vigtig rolle i biomedicin og bioteknologi. Forskere fra University of Bayreuth har nu udviklet og optimeret en proces til isolering og oprensning af disse partikler fra bakterieceller. I de indledende tests, magnetosomer viste god biokompatibilitet, når de blev inkuberet med humane cellelinjer. Resultaterne, præsenteret i journalen Acta Biomaterialia , er derfor et lovende skridt hen imod biomedicinsk brug af magnetosomer i diagnostiske billeddannelsesteknikker eller som bærer i magnetiske lægemiddelleveringsapplikationer.

Den magnetotaktiske bakterie Magnetospirillum gryphiswaldense producerer intracellulære magnetiske nanopartikler, såkaldte magnetosomer. Disse er arrangeret på en kædelignende måde, der ligner en perlerække, derved danner en slags magnetisk kompasnål, der gør det muligt for bakterierne at navigere langs Jordens magnetfelt. I modsætning til kemisk fremstillede nanopartikler, magnetosomer udviser en slående ensartet form og størrelse på omkring 40 nanometer, en perfekt krystalstruktur, og lovende magnetiske egenskaber. I øvrigt, de er omgivet af en biologisk membran, der kan udstyres med yderligere biokemiske funktionaliteter efter behov. Partiklerne er derfor særdeles attraktive til en række biomedicinske og bioteknologiske anvendelser.

Et tværfagligt team af forskere ved University of Bayreuth har nu defineret kvalitetskriterier for oprensede magnetosomer, som er nødvendige for fremtidige ansøgninger. I særdeleshed, disse omfatter ensartetheden (homogeniteten) af magnetosomer, en høj grad af renhed, og integriteten af ​​membranen, der omgiver hvert enkelt magnetosom og giver stabilitet. På samme tid, Bayreuth-forskerne etablerede og optimerede en metode, hvormed magnetosomer skånsomt kan isoleres fra bakterierne. Den nyudviklede procedure opfylder ikke kun kvalitetskriterierne, men kan også tilpasses til isolering af større mængder, der kræves i den brede vifte af anvendelser, der er forudset inden for biomedicin og bioteknologi.

Den magnetosomoprensningsproces, der er udviklet i Bayreuth, er baseret på de magnetiske nanopartiklers fysiske egenskaber. Først, magnetosomerne er adskilt fra andre ikke-magnetiske cellekomponenter af magnetiske søjler. Sekund, på grund af nanopartiklernes høje tæthed, et yderligere ultracentrifugeringstrin tillader fjernelse af resterende urenheder. Kvaliteten af ​​de oprensede magnetosomsuspensioner blev vurderet ved fysisk-kemiske teknikker. Ud over, biokompatibiliteten blev testet i tæt samarbejde med Jena Universitetshospital. Disse analyser afslørede høje vitalitetsværdier af magnetosombehandlede humane cellelinjer selv ved høje partikelkoncentrationer. Dette indikerer god biokompatibilitet i henhold til relevante DIN-standarder, som repræsenterer en forudsætning for anvendelse af magnetosomer i magnetiske billeddannelsesteknikker eller målretning af kræftceller ved magnetisk styret lægemiddellevering. I øvrigt, nanopartiklerne kan have et stort potentiale inden for teranostik, som kombinerer præcis diagnose med efterfølgende målrettet terapi.