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Bioengineering

सेलुलर निगमन और रासायनिक संश्लेषित आयरन ऑक्साइड नैनोकणों के बाद बायोडिग्रेडेशन की निगरानी करने के लिए मैग्नेटोमेट्री का उपयोग करना

Published: February 27, 2021 doi: 10.3791/61106
Automatic Translation
1, 1,2, 1, 1, 2,3
1Laboratoire Matière et Systèmes, Complexes MSC, UMR 7057, CNRS & University Paris Diderot, 2Université Sorbonne Paris Nord, Laboratory for Vascular Translational Science, LVTS, INSERM, UMR 1148, 3Services de Biochimie et Médecine Nucléaire, Hôpital Avicenne Assistance Publique-Hôpitaux de Paris

Summary

आयरन ऑक्साइड नैनोकणों को एक नोनेकस सोल जेल प्रक्रिया के माध्यम से संश्लेषित किया जाता है और एनियोनिक छोटे अणुओं या बहुलक के साथ लेपित किया जाता है। मानव स्टेम कोशिकाओं के अंदर चुंबकीय नैनोकणों के समावेश और जैव संचार की निगरानी के लिए मैग्नेटोमेट्री का उपयोग एक कंपन नमूना मैग्नेटोमीटर (वीएसएम) का उपयोग करके प्रदर्शित किया जाता है।

Abstract

चुंबकीय नैनोकणों, लोहे के ऑक्साइड से बना है, जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए एक अजीब रुचि पेश करते हैं जिसके लिए वे अक्सर कोशिकाओं में आंतरिक होते हैं और फिर भीतर छोड़ दिया जाता है। एक चुनौती विश्वसनीय और सटीक तरीकों के साथ इंट्रासेलुलर वातावरण में उनके भाग्य का आकलन करना है। इसके साथ ही, हम अपने चुंबकीय क्षण को मापने के द्वारा कोशिकाओं के भीतर चुंबकीय नैनोकणों की अखंडता को ठीक से निर्धारित करने के लिए कंपन नमूना मैग्नेटोमीटर (वीएसएम) के उपयोग का परिचय देते हैं। स्टेम सेल पहले चुंबकीय नैनोकणों के दो प्रकार के साथ लेबल कर रहे हैं; नैनोकणों में एक ही कोर होता है जो एक तेज और कुशल माइक्रोवेव-आधारित नोनेकस सोल जेल संश्लेषण के माध्यम से उत्पादित होता है और उनके कोटिंग में भिन्न होता है: आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले साइट्रिक एसिड अणु की तुलना पॉलीएक्रिलिक एसिड से की जाती है। 3 डी सेल-स्फेरॉइड का गठन तब अपकेंद्रित्र के माध्यम से प्राप्त किया जाता है और इन स्फेरॉइड के चुंबकीय क्षण को वीएसएम के साथ अलग-अलग समय पर मापा जाता है। प्राप्त क्षण नैनोकणों की अखंडता का एक सीधा फिंगरप्रिंट है, जिसमें नैनोकण क्षरण का संकेत मूल्य घटते हैं । दोनों नैनोकणों के लिए, चुंबकीय क्षण संस्कृति समय पर कम हो जाती है उनके बायोडिग्रेडेशन का खुलासा । साइट्रिक एसिड की तुलना में पॉलीएक्रिलिक एसिड कोटिंग का सुरक्षात्मक प्रभाव भी दिखाया गया है।

Introduction

बायोमेडिकल अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए आयरन ऑक्साइड नैनोकणों की चुंबकीय विशेषताओं में रुचि बढ़ी है। चुंबकीय अनुनाद के प्रति उनकी प्रतिक्रिया उन्हें चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) के लिए विश्वसनीय विपरीत एजेंट बनाती है, जो पुनर्योजी दवा में एक लाभ है जहां चुंबकीय नैनोकणों के साथ लेबल की कोशिकाओं को प्रत्यारोपण के बाद वीवो में ट्रैक किया जा सकता है1। चुंबकीय क्षेत्रों का उपयोग करना, कोशिकाओं को भी एक दूरी पर निर्देशित किया जा सकता है; इस तरह, सेलुलर गोलाकार2,3,छल्ले 4,या चादरें5 चुंबकीय रूप से इंजीनियर किया जा सकता है और यह भी दूर से6,पाड़ मुक्त ऊतकों के विकास में एक परिसंपत्ति उत्तेजित । इन नैनोकणों के लिए संभावनाओं की सीमा में कैंसर कोशिकाओं को मारने के लिए दवा वितरण प्रणाली7,8 और चुंबकीय और फोटो प्रेरित हाइपरथर्मल उपचार भी शामिल है9,10,11. इन सभी अनुप्रयोगों के लिए, नैनोकणों को जैविक वातावरण में या तो नसों में इंजेक्शन द्वारा या कोशिकाओं में प्रत्यक्ष आंतरिककरण के माध्यम से एकीकृत किया जाता है और फिर भीतर छोड़ दिया जाता है, जो उनके इंट्रासेलुलर भाग्य को प्रश्न में लाता है।

वीवो विश्लेषणों में जीव में नैनोकणों के भाग्य की सामान्य समझ व्यक्त की गई: रक्त प्रवाह में इंजेक्शन पर, उन्हें पहले ज्यादातर यकृत (कुफर कोशिकाओं), तिल्ली और बोन मैरो के मैक्रोफेज द्वारा पकड़ा जाता है, उत्तरोत्तर अपमानित किया जाता है,और जीव12, 13,14, 15,16,17,18,19के लोहे के पूल में शामिल होते हैं। गुणात्मक अवलोकन केवल पूरे जीव में नैनोकणों के परिसंचरण के कारण संभव हैं। आमतौर पर, ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉनिक माइक्रोस्कोपी (TEM) का उपयोग नैनोकणों का सीधे निरीक्षण करने के लिए किया जा सकता है और अंगों में लोहे की उपस्थिति खुराक के माध्यम से निर्धारित की जा सकती है। हाल ही में, उनके भाग्य का मूल्यांकन सीधे कोशिकाओं के एक पूल पर किया गया है, जिसका अर्थ है लोहे से बचने के साथ क्लोज सर्किट में, सेल स्तर20, 21,22पर उनके जैव संचार की मात्रात्मक माप कीअनुमति। इस तरह के माप नैनोकणों के चुंबकीय गुणों के विश्लेषण के माध्यम से संभव हैं जो उनकी संरचनात्मक अखंडता से कसकर जुड़े हुए हैं। कंपन नमूना मैग्नेटोमेट्री (वीएसएम) एक तकनीक है जहां नमूना समय-समय पर कंपन किया जाता है ताकि प्रेरित फ्लक्स का कुंडल-माप लागू चुंबकीय क्षेत्र में नमूने का चुंबकीय क्षण प्रदान करता है। इस तरह का समकालिक पता लगाने से तेजी से मापन की अनुमति होती है, जो बड़ी संख्या में नमूनों के चुंबकीयक्षणों 20, 21,22,23के चुंबकीयक्षणोंको निर्धारित करने के लिए एक परिसंपत्ति है। वीएसएम द्वारा प्राप्त स्थूल चुंबकीय हस्ताक्षर तब नैनोकणों के आकार और संरचना से सीधे सहसंबद्ध पूरे जैविक नमूने का मात्रात्मक अवलोकन देता है। विशेष रूप से, यह नमूनों के संतृप्ति (ईमू में व्यक्त) पर चुंबकीय क्षण प्रदान करता है, जो नमूने में मौजूद चुंबकीय नैनोकणों की संख्या का प्रत्यक्ष मात्राकरण है, क्रमशः उनके विशिष्ट चुंबकीय गुणों के लिए ।

यह दर्शाया गया है कि चुंबकीय नैनोकणों का इंट्रासेलुलर प्रसंस्करण उनकी संरचनात्मकविशेषताओंसे कसकर जुड़ा हुआ है । इन सुविधाओं को इष्टतम संश्लेषण प्रोटोकॉल के माध्यम से नियंत्रित किया जा सकता है। प्रत्येक प्रोटोकॉल फायदे और सीमाएं प्रस्तुत करता है। आयरन ऑक्साइड नैनोकणों को आमतौर पर जलीय समाधानों में संश्लेषित किया जाताहै। नैनोकणों के आकार की बहुविषय की सीमाओं को दूर करने के लिए, पॉलीओल-मध्यस्थता वाले सोल-जेल विधियों जैसे अन्य संश्लेषण विधियों को25विकसित किया गया है। थर्मल अपघटन के कारण ननकीय दृष्टिकोणों से बहुत अच्छी तरह से कैलिब्रेटेड आयरन ऑक्साइड नैनोकणों का उत्पादन होता है26. हालांकि, ओलियामाइन या ओलिक एसिड जैसे सर्फेक्टेंट की भारी मात्रा का उपयोग जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए उनके कार्यात्मकीकरण और पानी के हस्तांतरण को जटिल बना देता है। इस कारण से, हम ऐसे चुंबकीय नैनोकणों को एक नोनेकस सोल जेल मार्ग के माध्यम से संश्लेषित करते हैं जिससे उच्च क्रिस्टलीयता, शुद्धता और प्रजननक्षमता 27हो जाती है। यह प्रोटोकॉल अच्छी तरह से नियंत्रित आकार के नैनोकणों का उत्पादन करता है जिन्हें तापमान भिन्नता28के माध्यम से ट्यून किया जा सकता है। फिर भी, माइक्रोवेव-असिस्टेड गैर-जलीय सोल-जेल मार्ग में लगभग 12 एनएम के प्राप्त नैनोकणों की ऊपरी आकार सीमा है। इस प्रक्रिया को कमरे के तापमान पर फेरोमैग्नेटिक कणों का उपयोग करके अनुप्रयोगों के लिए अनुकूलित नहीं किया जाएगा। कोर संश्लेषण के अलावा, एक और मुख्य विशेषता पर विचार किया जाना कोटिंग है। नैनोकण की सतह पर झूठ बोलना, कोटिंग एक प्रस्तोता अणु के रूप में कार्य करता है, नैनोकणों के लक्षित आंतरिककरण में मदद करता है, या यह नैनोकण को गिरावट से बचा सकता है। चूंकि बेंजाइल अल्कोहल एक ऑक्सीजन स्रोत और एक ही समय में एक लिगामेंट के रूप में कार्य करता है, इसलिए अतिरिक्त सर्फेक्टेंट या लिगामेंट्स की आवश्यकता के बिना नंगे नैनोकणों का उत्पादन किया जाता है। नैनोकणों को बिना किसी सर्फेक्टेंट विनिमय प्रक्रिया के संश्लेषण के बाद आसानी से सतह पर ले जाया जाता है।

इसके साथ ही, दो प्रकार के नैनोकणों का आकलन किया जाता है जो एक ही कोर के अधिकारी होते हैं और कोटिंग में भिन्न होते हैं। कोर एक तेज और अत्यधिक कुशल माइक्रोवेव आधारित तकनीक का उपयोग कर संश्लेषित किया जाता है। दो कोटिंग्स की तुलना में साइट्रिक एसिड, जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों29,30,और पॉलीएक्रिलिक एसिड (पीए) में कोटिंग एजेंट के रूप में सबसे अधिक इस्तेमाल किया, एक उच्च संख्या में चेलिंग कार्यों के साथ एक पॉलीमेरिक कोटिंग से मिलकर बनता है । वीएसएम मैग्नेटोमेट्री माप का उपयोग पहले कोशिकाओं द्वारा नैनोपार्टिकल तेज को निर्धारित करने के लिए किया जाता है, और फिर स्टेम कोशिकाओं में आंतरिककरण पर नैनोपार्टिकल संरचनात्मक अखंडता के प्रत्यक्ष आकलन के रूप में। परिणाम दर्शाते हैं कि इनक्यूबेशन एकाग्रता नैनोपार्टिकल तेज को प्रभावित करती है और कोटिंग उनके क्षरण को प्रभावित करती है, जिसमें पीए के एंकरिंग अणुओं की बड़ी संख्या में कोर को गिरावट से बचाती है।

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Protocol

1. चुंबकीय नैनोकणों का संश्लेषण

  1. कोर संश्लेषण - माइक्रोवेव-असिस्टेड
    1. 400 मिलीग्राम आयरन (III) एसिटिलेट (>99.9%) बेंजाइल अल्कोहल के 10 एमएल में (बीए, 99.8%) एक 30 एमएल मोनोवेव ग्लास शीशी के भीतर।
    2. निलंबन के तापमान को 20 मिनट (11.25 डिग्री सेल्सियस/मिनट की दर से) में 25 से 250 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ाएं और माइक्रोवेव रिएक्टर का उपयोग करके 30 मिनट के लिए इसे 250 डिग्री सेल्सियस पर बनाए रखें।
    3. बेंजाइल अल्कोहल में निलंबित नैनोकणों को कांच की शीशी में स्थानांतरित करें और 30 मिनट के लिए नियोडिमियम चुंबक का उपयोग करके नैनोकणों को अलग करें।
    4. पिछले 100 एमएल ग्लास शीशी में 10 एमएल डाइक्लोरोमेथेन, 1 एम सोडियम हाइड्रोक्साइड, इथेनॉल, पीएच 7 पानी (तीन बार) के साथ नैनोकणों को पेलेट करने और सुपरनिट को हटाने के लिए 5 मिनट के लिए एक नियोडिमियम चुंबक का उपयोग करके वर्षा को धोएं।
    5. 1 एम हाइड्रोक्लोरिक एसिड का उपयोग करके पीएच 2 में नैनोपार्टिकल सस्पेंशन को समायोजित करें, और फिर 100 केडीए अल्ट्रासेंट्रफ्यूगल फिल्टर में 10 मिनट के लिए 2,200 x g पर सेंट्रलाइज करें।
    6. फिलट्रेट निकालें, नैनोकणों के समाधान में 10 -2 एम हाइड्रोक्लोरिक एसिड के12 एमएल जोड़ें और 100 केडीए अल्ट्रासेंट्रफ्यूगल फिल्टर में 10 मिनट (तीन बार) के लिए 2,200 एक्स ग्राम पर सेंटीफ्यूज करें। फिर कोटिंग से पहले 10-2 मीटर हाइड्रोक्लोरिक एसिड के 10 एमएल के भीतर नैनोकणों के समाधान को पतला करें।
  2. आवरण
    1. तनु 175 मिलीग्राम साइट्रिक एसिड और पॉलीएक्रिलिक एसिड पानी में पीएच 2 में 100 एमएल ग्लास शीशी में और पीएच को 1 एम हाइड्रोक्लोरिक एसिड सॉल्यूशन के साथ 2 में समायोजित किया।
    2. कोटिंग अणु समाधान के लिए 10 एमएल नैनोकणों जलीय फैलाव जोड़ें, कोटिंग अणु और नैनोकणों के बीच 5 के एक बड़े पैमाने पर अनुपात के अनुरूप । कमरे के तापमान पर चुंबकीय सरगर्मी के तहत 2 घंटे के लिए आंदोलन।
    3. प्रतिक्रिया के बाद, पीएच को 1 एम सोडियम हाइड्रोक्साइड के साथ 7 में समायोजित करें।
    4. 100 केडीए अल्ट्रासेंट्रफ्यूगल फिल्टर में 100 केडीए अल्ट्रासेंट्रफ्यूगल फिल्टर में 100 मिनट के लिए 2,200 एक्स फिल्टर में डियोनाइज्ड (डीआई) पानी के साथ नैनोपार्टिकल समाधान 3 बार अपकेंद्रित्र करें; फिल्ट्रेट निकालें और डीआई पानी के 12 एमएल में नैनोकणों के समाधान को पतला करें।

2. स्टेम सेल की संस्कृति और चुंबकीय लेबलिंग

  1. संस्कृति मानव मेसेंचिमल स्टेम सेल (एमएससी) पूर्ण मेसेंचिमल स्टेम सेल ग्रोथ मीडियम (एमएससीजीएम) में 37 डिग्री सेल्सियस और 5% सीओ2पर । जब कोशिकाएं 90% संगम पर होती हैं, तो ट्रिप्सिन-ईडीटीए के 10 एमएल को 37 डिग्री सेल्सियस प्रति 150 सेमी ²स्पंधा पर पूर्व-गर्म जोड़ें और कोशिकाओं को अलग करने के लिए 2-3 मिनट के लिए छोड़ दें।
    1. यह जानने के लिए कि कोशिकाओं को कब अलग किया जाता है, उन्हें उज्ज्वल क्षेत्र माइक्रोस्कोप के साथ देखें। एमएससीजीएम में अलग कोशिकाओं को फिर से खर्च करें और उन्हें चार 150 सेमी ² फ्लास्क में विभाजित करें। 4 से 5 मार्ग तक इस तरह से कोशिकाओं को बढ़ाना।
  2. सेल लेबलिंग के लिए चुंबकीय नैनोकणों का समाधान तैयार करें: ग्लूटामीन के बिना सीरम फ्री रोसवेल पार्क मेमोरियल इंस्टीट्यूट मीडियम (आरएमपीआई-1640) में आयरन ऑक्साइड नैनोकणों की चुनी हुई एकाग्रता को तितर-बितर करें। आरपीएमआई का उपयोग नैनोपार्टिकल इनक्यूबेशन (और संबंधित रिंसिंग स्टेप्स) के लिए किया जाता है क्योंकि इसमें डीएमईएम की तुलना में कम आयनिक ताकत होती है और नैनोपार्टिकल एकत्रीकरण की घटनाओं को बेहतर तरह से रोकती है।
  3. जब कोशिकाएं 4 या 5 और 90% ढुलमुल मार्ग पर हों, तो एमएससीजीएम माध्यम को हटा दें, कोशिकाओं को सीरम मुक्त आरपीएमआई (ग्लूटामीन के बिना) के साथ कुल्ला करें और 150 सेमी2 संस्कृति फ्लास्क प्रति आयरन ऑक्साइड नैनोकणों के समाधान को जोड़ें, जो सभी कोशिकाओं को कवर करने के लिए आवश्यक न्यूनतम मात्रा है।
  4. 37 डिग्री सेल्सियस पर इनक्यूबेट और 30 मिनट के लिए 5% सीओ2 और फिर नैनोपार्टिकल सॉल्यूशन को त्यागें। सीरम मुक्त RPMI-1640 (कोई ग्लूटामीन) और Dulbecco संशोधित ईगल माध्यम (DMEM) के साथ इनक्यूबेट के साथ एक बार धो 10% FBS और 1% पेनिसिलिन-स्ट्रेप्टोमाइसिन (25 मिलीलीटर प्रति 150 सेमी2 फ्लास्क) रात भर 37 डिग्री सेल्सियस और 5% सीओ2 नैनोपार्टिल्स के पूर्ण आंतरिककरण की अनुमति देने के साथ पूरक।

3. स्टेम सेल-स्फेरॉइड का गठन

  1. 50 माइक्रोन एल-एस्कॉर्बिक एसिड 2-फॉस्फेट के साथ एल-ग्लूटामाइन के साथ डीएमईएम उच्च ग्लूकोज से बना सेल-स्फेराइड कल्चर माध्यम को ताजा तैयार करें, 0.1 माइक्रोन डेम डेक्सामेथासोन, 1 एमएम सोडियम पाइरुवेट, 0.35 एमएम एल-प्रोलाइन, और इंसुलिन, ह्यूमन ट्रांसफरिन और सेलेनस एसिड (आईटीएस-प्रीमिक्स) युक्त 1% यूनिवर्सल कल्चर सप्लीमेंट।
  2. 2-3 मिनट के लिए 37 डिग्री सेल्सियस प्रति 150 सेमी2 फ्लास्क पर 0.05% ट्राइप्सिन-ईडीटीए के 10 मिलीलन जोड़कर चुंबकीय एमएससी को अलग करें। जब कोशिकाओं को अलग कर रहे हैं, तुरंत 10% FBS और 1% पेनिसिलिन-स्ट्रेप्टोमाइसिन पूर्व ३७ डिग्री सेल्सियस पर गरम के साथ पूरक DMEM की मात्रा के 1/3 जोड़कर ट्राइप्सिन निष्क्रिय ।
  3. 5 मिनट के लिए 260 x ग्राम पर अलग कोशिकाओं को अपकेंद्रित्र करें, मीडिया को एस्पिरेट करें और कोशिकाओं को एक छोटी मात्रा में फिर से निलंबित करें (150 सेमी ² फ्लास्क प्रति 150 डिग्री फ्लास्क) जैसे कि माध्यम के लगभग 50 μL में 200,000 कोशिकाएं हैं। हीमोसाइटोमीटर का उपयोग करके सेल नंबर गिनें और जरूरत पड़ने पर वॉल्यूम को समायोजित करें।
  4. 15 एमएल बाँझ शंकुकेंद्रित ट्यूब में ताजा तैयार सेल-स्फेरॉइड कल्चर माध्यम के 1 एमएल जोड़ें और 200,000 कोशिकाओं के अनुरूप पुनर्संपित समाधान की मात्रा जोड़ें।
  5. अपकेंद्रित्र इन चुंबकीय लेबल कोशिकाओं को 3 मिनट के लिए १८० x ग्राम पर लेबल किया गया है जैसे ट्यूब के नीचे एक सेल पेलेट बनाना और सुपरनैंट रखना, जो सेल कल्चर मीडियम है ।
  6. 21 दिनों तक 5% सीओ2 के साथ एयर एक्सचेंज और इनक्यूबेट की अनुमति देने के लिए ट्यूबों को थोड़ा खोलें, संस्कृति का समय जिसके साथ कोशिकाएं एक एकजुट 3 डी संरचना बनाती हैं जिसके परिणामस्वरूप पूरी तरह से गठित स्पफेरॉइड होता है। सप्ताह में दो बार माध्यम बदलें।
  7. दिए गए दिनों में, डिमिनेराइज्ड पानी में पतला 0.2 मीटर कैकोडिलेट से बने कैकोडिलेट बफर के साथ दो बार स्पेरोइड धोएं और उन्हें कमरे के तापमान पर 30 मिनट के लिए आसुत पानी में पतला 0.1 मीटर कैकोडीलेट बफर में 2% ग्लूटारल्डेइड का उपयोग करके ठीक करें। वीएसएम माप या TEM इमेजिंग के लिए उपयोग किए जाने तक पीबीएस में फिक्स्ड स्फेरॉइड स्टोर करें। यह निर्धारण कदम सभी जैविक प्रक्रियाओं को रोकता है और दीर्घकालिक संरक्षण की अनुमति देता है।

4. एक कंपन नमूना मैग्नेटोमीटर (वीएसएम) का उपयोग करके समाधान और सेल्यूलो में चुंबकीय नैनोकणों का मात्राकरण

  1. विशेष रूप से वीएसएम में फिट करने के लिए डिज़ाइन किए गए नमूना धारक में चुंबकीय नैनोपार्टिकल समाधान (अधिकतम 10 माइक्रोन) या एक एकल सेल-स्पेरोइड की दी गई मात्रा को रखें।
  2. वीएसएम में सैंपल डालें और सैंपल ऑफसेट के लिए स्कैन करें। नमूना को अधिकतम चुंबकीयकरण के अनुरूप स्थिति में रखें।
  3. 20 ओई/एस दर के साथ कम चुंबकीय क्षेत्र (-1500 ओई और +1500 ओई के बीच) पर पहला माप करें।
  4. एक उच्च चुंबकीय क्षेत्र में एक दूसरा माप (के बीच-30 000 Oe और +30 000 Oe) एक 200 Oe/

5. ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (TEM) विश्लेषण

  1. नैनोपार्टिकल समाधानों के लिए, जलीय समाधान के 10 माइक्रोन को कार्बन-लेपित कॉपर ग्रिड पर जमा करें और इसे कमरे के तापमान पर सूखने दें।
  2. कोशिकाओं में आंतरिक नैनोकणों के लिए, 0.1 एम कैकोडायलेट बफर में 0.5% पतला 0.5% पर ओलोंग टी एक्सट्रैक्ट (ओटीईटी) के साथ फिक्स सेल-स्फेरॉइड के विपरीत, 1% ऑस्मियम टेट्रोएक्साइड के साथ पोस्ट फिक्स जिसमें 1.5% पोटेशियम सायनोफेरेट होता है और फिर ग्रेडेड इथेनॉल स्नान में निर्जलित होता है, एपन में शामिल होता है। 70 एनएम के अल्ट्रासेक्शन स्लाइस करें और उन्हें कूपर ग्रिड पर जमा करें।
  3. एंडोसोमल डिब्बों के अवलोकन के लिए पूरी कोशिकाओं के अवलोकन के लिए 1k से 40k तक आवर्धन के साथ 80 केवी पर इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग करके छवियां लें।

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Representative Results

माइक्रोवेव-असिस्टेड संश्लेषण का उपयोग करके, मोनोडिस्पर्स 8.8 ± 2.5 एनएम कोर आकार वाले चुंबकीय नैनोकणों का उत्पादन किया जाता है और या तो साइट्रेट या पीए(चित्रा 1 ए)के साथ लेपित किया जाता है। स्टेम सेल तो इन नैनोकणों के साथ इनक्यूबेटेड कर रहे है संस्कृति माध्यम में 30 मिनट के लिए एक दिया एकाग्रता पर फैलाया, उनके अंतःक्तोसिस और सेलुलर एंडोसोम्स(चित्रा 1B)के भीतर कारावास में जिसके परिणामस्वरूप । चुंबकीय स्टेम कोशिकाओं को तब मध्यम, अपकेंद्रित्र में निलंबित कर दिया जाता है, और गठित सेल पेलेट को 21 दिनों तक(चित्रा 1C)के लिए सुसंस्कृत किया जाता है। प्राप्त किए गए गोलाकार तय किए जाते हैं, जैसे जैविक प्रक्रियाओं को रोकना, और वीएसएम के माध्यम से मापा जाने तक पीबीएस में रखा जाता है।

सबसे पहले, नैनोपार्टिकल समाधान के चुंबकीय क्षण को वीएसएम का उपयोग करके मापा जाता है: नैनोपार्टिकल जलीय फैलाव के 10 माइक्रोन जिसमें 7 माइक्रोन लोहे का ग्रा होता है, मापा जाता है, और प्राप्त वक्र चित्र 2 एमें प्रदर्शित होता है। इस समाधान में पानी की उपस्थिति के कारण, और नमूना धारक के लिए, नैनोकणों के सुपरपरामैग्नेटिक सिग्नल के अलावा एक डायामैग्नेटिक सिग्नल कैप्चर किया जाता है। वक्र के दूसरे भाग की ढलान के अनुरूप एक डायमैग्नेटिक कॉन्स्टेंट (एमव्यास)को मापा जा सकता है,जैसा कि चित्र 2 ए में दिखाया गया है, और इस निरंतर को केवल नैनोकणों के चुंबकीय क्षण (एमनमूना = एम - एमव्यास)प्राप्त करने जैसे घटाया जा सकता है। नैनोकणों (एम एस) का संतृप्ति चुंबकीयकरण फिर निकाला जा सकताहै; यह जलीय फैलाव के लिए ५१८ μemu से मेल खाती है, जिसका अर्थ है कि समाधान ७४ ईमू पर है/लोहे के जी (Fe) नैनोकणों के ५२ ईमू/जी के अनुरूप (Fe3O4)।

कोशिका स्फेरॉइड के चुंबकीय क्षण को इसी तरह प्राप्त किया जा सकता है। इस मामले में, नमूना धारक में एक सेल-स्फेरॉइड (200,000 कोशिकाओं से बना) डाला जाता है, जिसे वीएसएम में रखा जाता है, और मापा जाता है(चित्रा 2B)। प्राप्त चुंबकीय क्षण मूल्य यहां प्रारंभिक नैनोपार्टिकल समाधान की तुलना में बहुत कम हैं; हालांकि, वे डिटेक्शन रेंज के भीतर रहते हैं। इस विशेष नमूने का संतृप्ति चुंबकीकरण 69 माइक्रोन्मू का है। इसके अलावा, इस स्फेरॉइड में नैनोकणों के 1.3 माइक्रोन (प्रति सेल नैनोकणों के 6.7 स्नातकोत्तर) होते हैं, जो 52 ईमू/जीFe3O4पर संतृप्ति मूल्य के अनुरूप होते हैं। इस प्रकार इस मूल्य का उपयोग सेलुलर नमूनों में नैनोकणों की मात्रा निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है। चित्रा 2 सीमें, साइट्रेट-लेपित नैनोकणों की तीन सांद्रता के साथ लेबल की गई कोशिकाओं के अनुरूप गोलाकार लेबलिंग के एक दिन बाद मापा जाता है। परिणाम स्पष्ट रूप से दर्शाते हैं कि नैनोकणों का तेज इनक्यूबेशन एकाग्रता पर निर्भर करता है, 0.125, 0.25 और 0.5 m M M की सांद्रता के साथ प्रति गोलाकार लोहे के 0.3, 0.7 और 1.3 माइक्रोग्राम के ऊपर ले जाता है, जिसका अर्थ है क्रमशः 1.3, 3,3 और प्रति सेल 6.7 स्नातकोत्तर।

सतह कोटिंग के महत्व पर ध्यान दिया गया है, जो सीधे जैविक पर्यावरण20के साथ बातचीत करता है। यहां दो कोटिंग्स का उत्पादन किया गया है: एक साइट्रेट कोटिंग, जिसे आमतौर पर बायोमेडिकल अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किया जाता है, और एक पीएए कोटिंग, जिसमें अधिक संख्या में चेलिंग कार्य होते हैं। स्टेम सेल नैनोकणों के इन दो प्रकार के साथ लेबल और अपकेंद्रित्र इस तरह के एक सेल गोली है कि फिर एक एकजुट सेल-spheroid(चित्रा 3A)बन जाता है बनाने के रूप में अपकेंद्रित्र हैं । इन सेल-स्पेरोइड्स के चुंबकत्व को 1 दिन और दिन 21(चित्रा 3B और चित्रा 3C)पर वीएसएम के माध्यम से मापा जाता है। परिणाम संस्कृति के 21 दिनों पर चुंबकत्व में कमी प्रदर्शित करते हैं, जो नैनोकणों के बायोडिग्रेडेशन का संकेत देता है, यह गिरावट साइट्रेट-कोटेड नैनोकणों(चित्रा 3 बी)के लिए पीए-लेपित लोगों(चित्रा 3 सी)की तुलना में अधिक महत्वपूर्ण है। TEM छवियां नैनोकणों के क्षरण की पुष्टि करती हैं और छोटे (आकार में 6 एनएम) हल्के ग्रे डॉट्स की उपस्थिति दिखाती हैं, जो लोहे से भरे फेरिटिन की विशिष्ट है। कुछ नैनोकणों को बरकरार रखा गया है, विशेष रूप से पीएए कोटिंग के साथ भी देखा जा सकता है।

Figure 1
चित्रा 1: आयरन ऑक्साइड (Fe3O4)नैनोकणों के माइक्रोवेव-सहायता प्राप्त संश्लेषण, स्टेम सेल में उनके आंतरिककरण और कोशिकाओं की बाद की संस्कृति को गोलाकार के रूप में। (A)नैनोपार्टिकल संश्लेषण के विभिन्न चरणों की योजनाबद्ध। सबसे पहले, कोर एक गैर जलीय सोल जेल प्रक्रिया के माध्यम से संश्लेषित किया जाता है। कोटिंग अणु, या तो साइट्रेट (सीआईटी) या पॉलीएक्रिलिक एसिड (पीएए), फिर लोहे के ऑक्साइड कोर की सतह पर ग्राफ्ट किया जाता है। एक प्रतिनिधि TEM छवि एक साइट्रेट कोटिंग के साथ संश्लेषित नैनोकणों से पता चलता है। (ख)स्टेम सेल के भीतर नैनोपार्टिकल इंटरनलाइजेशन का स्कीमेटिक, जिसमें नैनोकणों को इंटरनलाइजेशन पर एंडोसोम्स में सीमित दिखाया गया है । प्रतिनिधि TEM छवियां भी कोशिकाओं के अंदर साइट्रेट और पीए लेपित नैनोकणों, एंडोसोम्स में सीमित दिखा । (ग)स्टेम सेल-स्फेरॉइड गठन की योजनाबद्ध। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 2
चित्रा 2: वीएसएम के माध्यम से चुंबकीय क्षण के नमूनों का माप। (क)जलीय समाधान में फैले नैनोकणों के 10 माइक्रोन को वीएसएम के माध्यम से मापा जाता है । प्राप्त संकेत चुंबकीय क्षेत्र (बी) के कार्य में इस नैनोपार्टिकल समाधान के चुंबकीय क्षण का प्रतिनिधित्व करता है। पानी और नमूना धारक की उपस्थिति से आने वाले डायाग्नेटिज्म को तब मापा जा सकता है क्योंकि यह वक्र के दूसरे भाग की ढलान से मेल खाता है और केवल नैनोकणों के चुंबकीय क्षण को प्राप्त करने जैसे घटाया जाता है। संतृप्ति(एमएस) में चुंबकीय क्षण तो निर्धारित किया जा सकता है । (ख)कोशिका स्फेरॉइड का चुंबकीय क्षण इसी प्रकार प्राप्त किया जा सकता है; इस मामले में एक एकल सेल-गोलाकार को एक समयावधि में मापा जाता है। (ग)0.125 m (नारंगी), 0.25 m M (ग्रे) और 0.5 m m (ब्लू) के तीन स्वतंत्र सांद्रता पर साइट्रेट-लेपित नैनोकणों के साथ लेबल कोशिकाओं के अनुरूप गोलाकार के घटता। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 3
चित्र 3: वीएसएम के माध्यम से सेल्यूलो में चुंबकीय नैनोपार्टिकल क्षरण का मात्राकरण। (क)चुंबकीय नैनोकणों के साथ सेल लेबलिंग पर, एक सेल पेलेट अपकेंद्रित्र (दिन 0) द्वारा बनाया जाता है। कोशिकाएं तब एक एकजुट संरचना बनाती हैं जिसके परिणामस्वरूप सेल-स्फेरॉइड को संभालना आसान होता है जिसे विस्तारित समय अवधि (महीनों) के लिए सेल हानि के बिना संस्कृति में रखा जा सकता है। (B, C) इसके साथ, दो प्रकार के चुंबकीय नैनोकण, साइट्रेट(बी)या पीएए(सी)के साथ लेपित, स्टेम कोशिकाओं में आंतरिक होते हैं और कोशिकाओं को 21 दिनों तक स्फेरॉइड के रूप में सुसंस्कृत किया जाता है। 1 दिन (नारंगी घटता) और 21 दिनों (ग्रे वक्र्स) के लिए सुसंस्कृत स्फेरॉइड के चुंबकत्व को वीएसएम के साथ मापा जाता है, जिसमें चुंबकत्व में कमी नैनोकणों के क्षरण का संकेत देती है। प्रतिनिधि TEM दिन में लिया छवियों 21 शो प्रकाश ग्रे डॉट्स के बारे में 6 एनएम एंडोसोम्स और कोशिकाओं के साइटोप्लाज्म, ठेठ आकार और फेरिटिन के आकार, लोहे के भंडारण प्रोटीन (काले तीर) के भीतर आकार है । कुछ अक्षुण्ण नैनोकणों को भी देखा जा सकता है, ज्यादातर पीए-लेपित नैनोकणों (भूरे रंग के तीर) के लिए। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

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Discussion

एक तेज और कुशल माइक्रोवेव आधारित संश्लेषण का उपयोग करके, चुंबकीय नैनोकणों को आसानी से संश्लेषित किया जा सकता है, नियंत्रित आकार के साथ, और आगे दिए गए अणुओं के साथ लेपित किया जा सकता है। एक महत्वपूर्ण कदम के आकार में एक छोटे से फैलाव रखने के लिए वैक्यूम के तहत लोहे के नमक और बेंजाइल शराब स्टॉक करने के लिए है । बेंजाइल अल्कोहल एक ही समय में सॉल्वेंट और लिगांड दोनों के रूप में कार्य करता है जिससे अतिरिक्त लिगांड की आवश्यकता के बिना सीधे कैलिब्रेटेड नंगे आयरन ऑक्साइड प्राप्त हो सकते हैं। पानी में नैनोकणों के हस्तांतरण के बाद नंगे चुंबकीय नैनोकणों को आसानी से लिगामेंट्स की एक बड़ी विविधता के साथ लेपित किया जा सकता है। यह कोटिंग अंतर-नैनोपार्टिकल और नैनोपार्टिकल-सेल इंटरैक्टिंग गुण प्रदान करती है जो उनके सेलुलर आंतरिककरण को प्रभावित कर सकती है, एक पैरामीटर जिसे बायोमेडिकल अनुप्रयोगों के लिए न्यूनतम आंतरिककरण के रूप में कसकर नियंत्रित करने की आवश्यकता होती है, जबकि बहुत अधिक आंतरिककरण कोशिकाओं के लिए हानिकारक हो सकता है और संभावित रूप से साइटोटॉक्सिक घटनाओं31से उत्पन्न हो सकता है। मैग्नेटोमेट्री इस आंतरिककरण के साथ-साथ सेल्यूलो में चुंबकीय नैनोकणों के भाग्य का आकलन करने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण है। स्टेम सेल में चुंबकीय नैनोकणों के समावेश पर, एक साधारण अपकेंद्रित्र के माध्यम से स्फेरॉइड का गठन किया जा सकता है जिसके बाद संस्कृति एक माध्यम में होती है जो कोशिकाओं के प्रसार को रोकता है और बाह्य मैट्रिक्स उत्पादन को चलाता है। कोशिकाएं अत्यधिक एकजुट हो जाती हैं और एक ऊतक बनाना शुरू कर देती हैं। स्पेरोइड को संभालना बहुत आसान होता है और इसे विस्तारित समय अवधि (महीनों) के लिए सुसंस्कृत किया जा सकता है जो जैविक वातावरण में चुंबकीय नैनोकणों के भाग्य की दीर्घकालिक ट्रैकिंग की अनुमति देता है। सेल डिवीजन को रोककर, मां से बेटी सेल तक नैनोकणों का कोई कमजोर नहीं है; इसके अलावा, यह सत्यापित किया गया है कि, इस सेल-स्फेरॉइड मॉडल केसाथ, संस्कृति21, 22,23के एक महीने से अधिक कोई लोहा नहीं बच रहा है । नतीजतन, चुंबकत्व मूल्यों में कमी केवल नैनोकणों के क्षरण के अनुरूप हो सकती है और कोशिकाओं से निर्यात किए जाने वाले लोहे के लिए नहीं।

कोशिका स्फेरॉइड का चुंबकत्व यहां वीएसएम के माध्यम से मापा जाता है जो एक तेज और सटीक मात्रा प्रदान करता है। सेलुलर चुंबकत्व को मापने के लिए अन्य तरीकों का भी पता लगाया गया है, जैसे कि सुपरकंडक्टिंग इंटरफेस डिवाइस (विद्रूप) का उपयोग करना, एक मशीन आमतौर पर वीएसएम के लिए 10-6 ईमू की तुलना में10-7 ईमू के आसपास संवेदनशीलता के साथवीएसएम की तुलना में अधिक सटीक है, लेकिन परिचालन लागत32से अधिक है। प्रायोगिक सेटअप में 2 स्नातकोत्तर/कोशिका से अवर चुंबकीय आयरन की खुराक के माप की अनुमति वीएसएम की संवेदनशीलता यहां पर्याप्त रूप से सटीक है क्योंकि 2 स्नातकोत्तर/कोशिका से अवर लोहे की खुराक उद्देश्य अनुप्रयोगों के लिए बहुत कम होगी, जैसे सेल मार्गदर्शन और ऊतक इंजीनियरिंग प्रयोजनों के लिए चुंबकीय की ओर सेल आकर्षण । कोशिका चुंबकत्व के मात्राकरण की अनुमति देने के अलावा वीएसएम और स्क्विड मैग्नेटोमेट्री दोनों ही नैनोकणों की विशेषताओं पर अतिरिक्त विवरण दे सकते हैं। प्राप्त संकेत के विश्लेषण से, नैनोकणों के आकार को22, 23 में कटौती की जा सकती है और उनकी चुंबकीय विशेषताओं की सामान्य धारणा भी प्राप्त की जा सकती है, उदाहरण के लिए नैनोमैटेरियल्स की उन्माद और बलपूर्वकता प्रकट की जा सकती है। वैकल्पिक मैग्नेटोमेट्री दृष्टिकोण भी मौजूद हैं, जैसे मैग्नेटोफोरेसिस जो चुंबक की ओर आकर्षित होने पर व्यक्तिगत कोशिकाओं के वेग को मापने में होते हैं और एकल कोशिकाओं के चुंबकत्वको 33,34से बाहर रखा जाता है। एकल कोशिका स्तर पर चुंबकत्व इस तरह से प्राप्त किया जा सकता है; हालांकि, कोई अतिरिक्त नैनोपार्टिकल सुविधाओं का निर्धारण नहीं किया जा सकता है। इसके अतिरिक्त, एक छोटा सा चुंबकीय सेंसर जो नमूना चुंबकत्व के आनुपातिक संकेत प्रदान करता है, हाल ही में एक समान सेल स्फेरोइड मॉडल के साथ उपयोग किया गया है। इस चुंबकीय सेंसर ने वास्तविक समय में चुंबकीय नैनोकणों के बायोडिग्रेडेशन की ट्रैकिंग की अनुमति दी, लगातार, 7 दिनों में35। हालांकि, इस चुंबकीय सेंसर के संकेत का सीधे चुंबकीय क्षण में अनुवाद नहीं किया जा सकता क्योंकि यह नैनोकणों के आकार पर निर्भर करता है। इस कारण से, प्रत्येक नैनोपार्टिकल डिजाइन, वक्र के लिए एक अंशांकन वक्र किया जाना चाहिए जिसे वीएसएम का उपयोग करके महसूस किया जा सकता है।

वीएसएम के साथ यहां किए गए माप सेलुलर वातावरण में चुंबकीय नैनोकणों के प्रगतिशील क्षरण को प्रदर्शित करते हैं, जो चुंबकत्व में कमी से संकेत देता है। वे इस बात का भी सबूत देते हैं कि विभिन्न अणुओं के साथ लेपित एक ही कोर को कोटिंग के आधार पर अलग-अलग दरों पर अपमानित किया जाता है। पीएए और साइट्रेट कोटिंग की तुलना करते समय, पीए को उच्च कोर सुरक्षा की ओर जाता है, जो शायद चुंबकीय कोर20के लिए मजबूत प्रस्तोता के कारण होता है। इंट्रासेलुलर वातावरण में चुंबकीय नैनोकणों के भाग्य का आकलन सेल स्फेरॉइड पर किया जाता है; हालांकि, विधि यह करने के लिए सीमित नहीं है। दरअसल, इसे सेल निलंबन के लिए एक्सपेरिमेंट किया जा सकता है, जिसका उपयोग नैनोकणों22के भाग्य पर स्टेम सेल भेदभाव के प्रभाव का आकलन करने के लिए पहले ही किया जा चुका है । यह पता चला है कि, विभेदन मार्ग के आधार पर, चुंबकीय नैनोकणों को कोशिकाओं द्वारा अलग ढंग से संसाधित किया जाता है, कुछ मामलों में, इसके विघटन पर लोहे का नव-क्रिस्टलीकरण होता है। वीएसएम मैग्नेटोमेट्री इस प्रकार आयरन ऑक्साइड नैनो-ऑब्जेक्ट्स के इंट्रासेलुलर प्रसंस्करण पर नैनोपार्टिकल और सेल सुविधाओं दोनों के प्रभाव का पता लगाने के लिए एक उपयोगी उपकरण है।

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Disclosures

लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

इस काम को यूरोपियन यूनियन (ईआरसी-2014-सीओजी प्रोजेक्ट MaTissE #648779) ने सपोर्ट किया । लेखक यूनिवर्सिटी पेरिस 13 के CNanoMat फिजियो-केमिकल लक्षण मंच को स्वीकार करना चाहते हैं।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
0.05% Trypsin-EDTA (1x) Life Technologies 25300-054
Benzyl alcohol for synthesis Sigma Aldrich 8.22259
Dexamethasone Sigma D4902 Prepare a 1 mM stock solution diluted in Ethanol 100% and store at -20°C
Dichloromethane ≥99% stabilised, GPR RECTAPUR VWR Chemicals 23367
DMEM with Glutamax I Life Technologies 31966-021 No sodium pyruvate, no HEPES
Ethanol absolute VWR 20821.310
Fetal Bovine Serum Life Technologies 10270-106
Formalin solution 10% neutral buffered Sigma HT5012
Hydrochloric acid, 1.0N Standardized Solution Alfa Aesar 35640
Iron(III) acetylacetonate (> 99.9%) Sigma Aldrich 517003
ITS Premix Universal Culture Supplement (20x) Corning 354352
L-Ascorbic Acid 2-phosphate Sigma A8960 Prepare a fresh concentrated solution (25 mM) diluted in distilled water
L-Proline Sigma P5607 Prepare a 175 mM stock solution diluted in distilled water and store at 4°C
Mesenchymal Stem Cell (MSC) Lonza PT-2501
Monowave glass vial Anton Paar 82723_us
Microwave reactor Anton Paar Monowave 300
MSCGM BulletKit medium Lonza PT-3001 For the complete medium, add the provided BulletKit (containing serum, glutamine and antibiotics) to the MSCGM medium
PBS w/o CaCl2 w/o MgCl2 Life Technologies 14190-094
Penicillin (10.000U/mL)/Streptomicin (10.000µg/mL) Life Technologies 15140-122
Poly(acrylic acid, sodium salt) Sigma Aldrich 416010 MW = 1200 g/mol
RPMI medium 1640, no Glutamine Life Technologies 31870-025 No sodium pyruvate, no HEPES
Sodium hydroxide, 1.0N Standardized Solution Alfa Aesar 35629
Sodium pyruvate solution 100mM Sigma S8636
Sterile conical centrifuge tube Falcon 352097 15 mL tubes
Trypsin-EDTA (0.05%), phenol red Thermo Fisher Scientific 25300054
Tri-sodium citrate VWR 33615.268 Prepare a 1 M stock solution diluted in distilled water and store at 4°C
Tri-Sodium Citrate Dihydrate, Certified AR for Analysis Sigma Aldrich 10396430
Ultra centrifugal filter Amicon AC S510024

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References

  1. Azevedo-Pereira, R. L., et al. Superparamagnetic iron oxide nanoparticles as a tool to track mouse neural stem cells in vivo. Molecular Biology Reports. 46 (1), 191-198 (2019).
  2. Fayol, D., Frasca, G., Le Visage, C., Gazeau, F., Luciani, N., Wilhelm, C. Use of magnetic forces to promote stem cell aggregation during differentiation, and cartilage tissue modeling. Advanced Materials. 25 (18), Deerfield Beach, Fla. 2611-2616 (2013).
  3. Kim, J. A., et al. High-throughput generation of spheroids using magnetic nanoparticles for three-dimensional cell culture. Biomaterials. 34 (34), 8555-8563 (2013).
  4. Yamamoto, Y., et al. Preparation of artificial skeletal muscle tissues by a magnetic force-based tissue engineering technique. Journal of Bioscience and Bioengineering. 108 (6), 538-543 (2009).
  5. Gonçalves, A. I., Rodrigues, M. T., Gomes, M. E. Tissue-engineered magnetic cell sheet patches for advanced strategies in tendon regeneration. Acta Biomaterialia. 63, 110-122 (2017).
  6. Du, V., et al. A 3D magnetic tissue stretcher for remote mechanical control of embryonic stem cell differentiation. Nature Communications. 8 (1), 400 (2017).
  7. Amiri, M., Salavati-Niasari, M., Pardakhty, A., Ahmadi, M., Akbari, A. Caffeine: A novel green precursor for synthesis of magnetic CoFe2O4 nanoparticles and pH-sensitive magnetic alginate beads for drug delivery. Materials Science and Engineering: C. 76, 1085-1093 (2017).
  8. Vangijzegem, T., Stanicki, D., Laurent, S. Magnetic iron oxide nanoparticles for drug delivery: applications and characteristics. Expert Opinion on Drug Delivery. 16 (1), 69-78 (2019).
  9. Cazares-Cortes, E., et al. Recent insights in magnetic hyperthermia: From the "hot-spot" effect for local delivery to combined magneto-photo-thermia using magneto-plasmonic hybrids. Advanced Drug Delivery Reviews. 138, 233-246 (2019).
  10. Espinosa, A., et al. Magnetic (Hyper)Thermia or Photothermia? Progressive Comparison of Iron Oxide and Gold Nanoparticles Heating in Water, in Cells, and in vivo. Advanced Functional Materials. 28 (37), 1803660 (2018).
  11. Plan Sangnier, A., et al. Targeted thermal therapy with genetically engineered magnetite magnetosomes@RGD: Photothermia is far more efficient than magnetic hyperthermia. Journal of Controlled Release. 279, 271-281 (2018).
  12. Pham, B. T. T., et al. Biodistribution and Clearance of Stable Superparamagnetic Maghemite Iron Oxide Nanoparticles in Mice Following Intraperitoneal Administration. International Journal of Molecular Sciences. 19 (1), (2018).
  13. Kolosnjaj-Tabi, J., et al. Biotransformations of magnetic nanoparticles in the body. Nano Today. 11 (3), 280-284 (2016).
  14. Bargheer, D., et al. The distribution and degradation of radiolabeled superparamagnetic iron oxide nanoparticles and quantum dots in mice. Beilstein Journal of Nanotechnology. 6, 111-123 (2015).
  15. Freund, B., et al. A simple and widely applicable method to 59Fe-radiolabel monodisperse superparamagnetic iron oxide nanoparticles for in vivo quantification studies. ACS Nano. 6 (8), 7318-7325 (2012).
  16. Singh, S. P., Rahman, M. F., Murty, U. S. N., Mahboob, M., Grover, P. Comparative study of genotoxicity and tissue distribution of nano and micron sized iron oxide in rats after acute oral treatment. Toxicology and Applied Pharmacology. 266 (1), 56-66 (2013).
  17. Levy, M., et al. Long term in vivo biotransformation of iron oxide nanoparticles. Biomaterials. 32 (16), 3988-3999 (2011).
  18. Briley-Saebo, K., et al. Hepatic cellular distribution and degradation of iron oxide nanoparticles following single intravenous injection in rats: implications for magnetic resonance imaging. Cell and Tissue Research. 316 (3), 315-323 (2004).
  19. Gu, L., Fang, R. H., Sailor, M. J., Park, J. H. In vivo Clearance and Toxicity of Monodisperse Iron Oxide Nanocrystals. ACS Nano. 6 (6), 4947-4954 (2012).
  20. Sangnier, A. P., et al. Impact of magnetic nanoparticle surface coating on their long-term intracellular biodegradation in stem cells. Nanoscale. , (2019).
  21. Mazuel, F., et al. Magneto-Thermal Metrics Can Mirror the Long-Term Intracellular Fate of Magneto-Plasmonic Nanohybrids and Reveal the Remarkable Shielding Effect of Gold. Advanced Functional Materials. 27 (9), 1605997 (2017).
  22. Van de Walle, A., et al. Biosynthesis of magnetic nanoparticles from nano-degradation products revealed in human stem cells. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 116 (10), 4044-4053 (2019).
  23. Mazuel, F., et al. Massive Intracellular Biodegradation of Iron Oxide Nanoparticles Evidenced Magnetically at Single-Endosome and Tissue Levels. ACS Nano. 10 (8), 7627-7638 (2016).
  24. Bee, A., Massart, R., Neveu, S. Synthesis of very fine maghemite particles. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 149 (1), 6-9 (1995).
  25. Feldmann, C., Jungk, H. O. Polyol-Mediated Preparation of Nanoscale Oxide Particles. Angewandte Chemie International Edition. 40 (2), 359-362 (2001).
  26. Hyeon, T., Lee, S. S., Park, J., Chung, Y., Na, H. B. Synthesis of Highly Crystalline and Monodisperse Maghemite Nanocrystallites without a Size-Selection Process. Journal of the American Chemical Society. 123 (51), 12798-12801 (2001).
  27. Pinna, N., Grancharov, S., Beato, P., Bonville, P., Antonietti, M., Niederberger, M. Magnetite Nanocrystals: Nonaqueous Synthesis, Characterization, and Solubility. Chemistry of Materials. 17 (11), 3044-3049 (2005).
  28. Richard, S., et al. USPIO size control through microwave nonaqueous sol-gel method for neoangiogenesis T2 MRI contrast agent. Nanomedicine. 11 (21), 2769-2797 (2016).
  29. Ngo, A. T., Pileni, M. P. Assemblies of Ferrite Nanocrystals: Partial Orientation of the Easy Magnetic Axes. The Journal of Physical Chemistry B. 105 (1), 53-58 (2001).
  30. Li, L., et al. Effect of synthesis conditions on the properties of citric-acid coated iron oxide nanoparticles. Microelectronic Engineering. 110, 329-334 (2013).
  31. Sun, X., et al. Tracking stem cells and macrophages with gold and iron oxide nanoparticles - The choice of the best suited particles. Applied Materials Today. 15, 267-279 (2019).
  32. Buchner, M., Höfler, K., Henne, B., Ney, V., Ney, A. Tutorial: Basic principles, limits of detection, and pitfalls of highly sensitive SQUID magnetometry for nanomagnetism and spintronics. Journal of Applied Physics. 124 (16), 161101 (2018).
  33. Wilhelm, C., Gazeau, F., Bacri, J. C. Magnetophoresis and ferromagnetic resonance of magnetically labeled cells. European Biophysics Journal. 31 (2), 118-125 (2002).
  34. Jing, Y., et al. Quantitative intracellular magnetic nanoparticle uptake measured by live cell magnetophoresis. The FASEB Journal. 22 (12), 4239-4247 (2008).
  35. Van de Walle, A., et al. Real-time in situ magnetic measurement of the intracellular biodegradation of iron oxide nanoparticles in a stem cell-spheroid tissue model. Nano Research. , (2020).

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बायोइंजीनियरिंग अंक 168 आयरन ऑक्साइड नैनोपार्टिकल गैर-जलीय सोल जेल नैनोपार्टिकल संश्लेषण चुंबकत्व स्टेम सेल कंपन नमूना मैग्नेटोमेट्री बायोडिग्रेडेशन
सेलुलर निगमन और रासायनिक संश्लेषित आयरन ऑक्साइड नैनोकणों के बाद बायोडिग्रेडेशन की निगरानी करने के लिए मैग्नेटोमेट्री का उपयोग करना
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Van de Walle, A., Plan Sangnier, A., Fromain, A., Wilhelm, C., Lalatonne, Y. Using Magnetometry to Monitor Cellular Incorporation and Subsequent Biodegradation of Chemically Synthetized Iron Oxide Nanoparticles. J. Vis. Exp. (168), e61106, doi:10.3791/61106 (2021).

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