Магнітні наночастинки, біосинтезовані бактеріями, незабаром можуть зіграти важливу роль у біомедицині та біотехнологіях. Дослідники Університету Байройта розробили та оптимізували процес виділення та очищення цих частинок з бактеріальних клітин. У початкових експериментах магнітосоми показали хорошу біосумісність при інкубації з клітинами людини. Результати, представлені в журналі Acta Biomaterialia, є перспективним кроком на шляху до біомедичного використання магнітосом у методах діагностичної візуалізації або як носії у магнітній доставці ліків.
S.Rosenfeldt et al. Towards standardized purification of bacterial magnetic nanoparticles for future in vivo applications,
Acta Biomaterialia (2021). DOI: 10.1016/j.actbio.2020.07.042
Магнітотактична бактерія Magnetospirillum gryphiswaldense виробляє внутрішньоклітинні магнітні наночастинки, так звані магнітосоми. Вони розташовані ланцюгоподібно, подібно нитці перлин, утворюючи тим самим своєрідну стрілку магнітного компаса, що дозволяє бактеріям переміщатися вздовж магнітного поля Землі. На відміну від хімічно отриманих наночастинок, магнітосоми мають надзвичайно однорідну форму і розмір близько 40 нанометрів, ідеальну кристалічну структуру та перспективні магнітні властивості. Більше того, вони оточені біологічною мембраною, яка за необхідності може бути оснащена додатковими біохімічними функціональними можливостями. Отже, частинки є надзвичайно перспективними для багатьох біомедичних та біотехнологічних застосувань.
На сьогодні група вчених з Байройтського університету визначила критерії якості очищених магнітосом, які необхідні для подальшого застосування. Зокрема, до них належать однорідність магнітосом, високий ступінь чистоти та цілісність мембрани, яка оточує кожну окрему магнітосому та забезпечує стабільність. Також дослідники Байройта встановили та оптимізували метод, за допомогою якого магнітосоми можна легко відділити від бактерій. Нещодавно розроблена процедура не тільки відповідає критеріям якості, але також пристосована для відділення більших кількостей, необхідних для широкого кола застосувань, передбачених у біомедицині та біотехнологіях.
Dr. Frank Mickoleit, Bayreuth, біля 100-літрової ферментативної системи для культивації магнітних бактерій
Процес очищення магнітосом, розроблений в Байройті, базується на фізичних властивостях магнітних наночастинок. Спочатку магнітосоми відокремлюються від інших немагнітних компонентів клітини за допомогою магнітних колон. Далі, завдяки високій густині наночастинок, додаткове ультрацентрифугування дозволяє видалити залишкові домішки. Якість очищених суспензій магнітосом оцінюється фізико-хімічними методами. Крім того, біосумісність перевіряється у тісній співпраці з Jena University Hospital. Ці експерименти виявили високі показники виживання оброблених магнітосомою людських клітин навіть при високій концентрації частинок. Це свідчить про хорошу біосумісність відповідно до відповідних стандартів DIN, що є передумовою використання магнітосом у методах магнітної візуалізації або виявлення ракових клітин за допомогою магніто-контрольованої доставки ліків. Більше того, наночастинки можуть мати великий потенціал у тераностиці, поєднуючи точну діагностику та подальшу цілеспрямовану терапію.
Зверху праворуч: схема клітини бактерії Magnetospirillum gryphiswaldense.
Внизу ліворуч: одинарна магнітосома з оксидом заліза.
Джерело інформації: https://phys.org/news/2021-02-bacterial-magnetic-nanoparticles-biomedical-applications.html
Підготував провідний фахівець центру Данилюк Назарій