Магнитные наночастицы бактерий для биомедицинских применений
Магнитные наночастицы, биосинтезируемые бактериями, вскоре могут сыграть важную роль в биомедицине и биотехнологии. Исследователи из Университета Байройта разработали и оптимизировали процесс выделения и очистки этих частиц из бактериальных клеток. В первых тестах магнетосомы показали хорошую биосовместимость при инкубации с клеточными линиями человека. Результаты, представленные в журнале Acta Biomaterialia, являются многообещающим шагом к биомедицинскому использованию магнетосом в диагностической визуализации или в качестве носителя в системах магнитной доставки лекарств.
Магнитотактическая бактерия Magnetospirillum gryphiswaldense производит внутриклеточные магнитные наночастицы, так называемые магнетосомы. Они расположены цепочкой, подобно нити жемчуга, формируя своего рода магнитную стрелку компаса, которая позволяет бактериям ориентироваться по магнитному полю Земли. В отличие от химически синтезированных наночастиц, магнетосомы демонстрируют поразительно однородную форму и размер около 40 нанометров, совершенную кристаллическую структуру и перспективные магнитные свойства. Кроме того, они окружены биологической мембраной, которую можно при необходимости оснастить дополнительными биохимическими функциями. Эти частицы представляют большой интерес для ряда биомедицинских и биотехнологических применений.
Междисциплинарная команда учёных определила критерии качества для очищенных магнетосом, необходимые для будущих применений. В частности, это однородность (гомогенность) магнетосом, высокая степень чистоты и целостность окружающей каждую частицу мембраны, обеспечивающей стабильность. Одновременно исследователи разработали и оптимизировали щадящий метод выделения магнетосом из бактерий. Новый процесс не только соответствует критериям качества, но и адаптируем для получения больших количеств, необходимых для широкого спектра применений в биомедицине и биотехнологии.
Процесс очистки магнетосом, разработанный в Байройте, основан на физических свойствах магнитных наночастиц:
- Сначала магнетосомы отделяются от других немагнитных клеточных компонентов с помощью магнитных колонок.
- Затем, благодаря высокой плотности наночастиц, дополнительный этап ультрацентрифугирования позволяет удалить остаточные примеси.
Качество очищенных суспензий магнетосом оценивалась физико-химическими методами. Биосовместимость тестировалась в сотрудничестве с Университетской больницей Йены. Анализы показали высокие значения жизнеспособности клеточных линий человека, обработанных магнетосомами, даже при высоких концентрациях частиц. Это указывает на хорошую биосовместимость согласно соответствующим стандартам DIN, что является предпосылкой для использования магнетосом в методах магнитной визуализации или для таргетинга раковых клеток с помощью магнитной доставки лекарств. Кроме того, наночастицы могут обладать большим потенциалом в области тераностики, которая сочетает точную диагностику с последующей направленной терапией.