Eisenoxid-Nanopartikel werden über ein nicht wässriges Sol-Gel-Verfahren synthetisiert und mit anionischen Kurzmolekülen oder Polymeren beschichtet. Die Verwendung der Magnetometrie zur Überwachung der Integration und Biotransformation magnetischer Nanopartikel in menschlichen Stammzellen wird mit einem vibrierenden Probenmagnetometer (VSM) demonstriert.
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Methodenartikel
Verwendung der Magnetometrie zur Überwachung der zellulären Inkorporation und des anschließenden biologischen Abbaus chemisch synthetisierter Eisenoxid-Nanopartikel
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Magnetische Nanopartikel aus Eisenoxid stellen ein besonderes Interesse für eine Vielzahl biomedizinischer Anwendungen dar, für die sie oft in Zellen verinnerlicht und dann im Inneren belassen werden. Eine Herausforderung besteht darin, ihr Schicksal in der intrazellulären Umgebung mit zuverlässigen und präzisen Methoden zu beurteilen. Hierbei stellen wir die Verwendung des vibrierenden Probenmagnetometers (VSM) vor, um die Integrität magnetischer Nanopartikel in Zellen präzise zu quantifizieren, indem sie ihr magnetisches Moment messen. Stammzellen werden zuerst mit zwei Arten von magnetischen Nanopartikeln beschriftet; Die Nanopartikel haben den gleichen Kern, der über eine schnelle und effiziente Mikrowellen-basierte nichtwässrige Solgelsynthese entsteht und unterscheiden sich in ihrer Beschichtung: Das häufig verwendete Zitronensäuremolekül wird mit Polyacrylsäure verglichen. Die Bildung von 3D-Zellsphäroiden wird dann durch Zentrifugation erreicht und das magnetische Moment dieser Sphäroide wird zu unterschiedlichen Zeiten mit dem VSM gemessen. Das erhaltene Moment ist ein direkter Fingerabdruck der Integrität der Nanopartikel, wobei abnehmende Werte auf einen Nanopartikelabbau hindeuten. Bei beiden Nanopartikeln nimmt das magnetische Moment im Laufe der Kulturzeit ab und offenbart ihren biologischen Abbau. Eine schützende Wirkung der Polyacrylsäurebeschichtung wird auch im Vergleich zu Zitronensäure gezeigt.
Einleitung
Das Interesse an den magnetischen Merkmalen von Eisenoxid-Nanopartikeln für eine Vielzahl biomedizinischer Anwendungen ist gestiegen. Ihre Reaktion auf Magnetresonanz macht sie zu zuverlässigen Kontraststoffen für die Magnetresonanztomographie (MRT), ein Vorteil in der regenerativen Medizin, wo Zellen, die mit magnetischen Nanopartikeln gekennzeichnet sind, nach der Implantation1in vivo nachverfolgt werden können. Mithilfe von Magnetfeldern können Zellen auch in der Ferne geführt werden; auf diese Weise können zelluläre Sphäroide2,3, Ringe4, oder Blatt
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Protokoll
1. Synthese magnetischer Nanopartikel
- Kernsynthese – Mikrowellen-unterstützt
- 400 mg Eisen(III) Acetylacetonat auflösen (>99,9%) in 10 ml Benzylalkohol (BA, 99,8%) innerhalb einer 30 ml Monowellenglasdurchstechflasche.
- Erhöhen Sie die Temperatur der Suspension von 25 auf 250 °C in 20 min (bei einer Geschwindigkeit von 11,25 °C/min) und halten Sie sie 30 min mit einem Mikrowellenreaktor bei 250 °C.
- Übertragen Sie die in Benzylalkohol suspendierten Nanopartikel in eine Glasdurchstechflasche und trennen Sie die Nanopartikel mit einem Neodymmagneten 30 min.
- Waschen Sie den Niederschlag in der vorherigen 100 ml Glasdurchste....
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Ergebnisse
Mit Hilfe der Mikrowellen-gestützten Synthese werden magnetische Nanopartikel mit einem monodispersen Kern von 8,8 ± 2,5 nm Kerngröße hergestellt und entweder mit Citrat oder PAA beschichtet (Abbildung 1A). Stammzellen werden dann mit diesen Nanopartikeln in Kulturmedium in einer gegebenen Konzentration für 30 Minuten dispergiert, was zu ihrer Endozytose und Einschließung innerhalb der zellulären Endosomen führt (Abbildung 1B). Die magnetischen Stammzellen werde.......
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Diskussion
Mit einer schnellen und effizienten Mikrowellen-basierten Synthese können magnetische Nanopartikel leicht synthetisiert, mit kontrollierter Größe und weiter mit bestimmten Molekülen beschichtet werden. Ein kritischer Schritt ist es, das Eisensalz und den Benzylalkohol unter Vakuum zu lagern, um eine kleine Dispersion in der Größe zu halten. Der Benzylalkohol wirkt sowohl als Lösungsmittel als auch als Liganden und ermöglicht es, kalibriertes blankes Eisenoxid direkt zu erhalten, ohne dass zusätzliche Liganden benötigt we.......
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Offenlegungen
Die Autoren haben nichts zu verraten.
Danksagungen
Diese Arbeit wurde von der Europäischen Union (ERC-2014-CoG-Projekt MaTissE #648779) unterstützt. Die Autoren möchten die CNanoMat physikalisch-chemische Charakterisierungsplattform der Universität Paris 13 würdigen.
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Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| 0,05 % Trypsin-EDTA (1x) | Life Technologies | 25300-054 | |
| Benzylalkohol für die Synthese | Sigma Aldrich | 8.22259 | |
| Dexamethason | Sigma | D4902 | Bereiten Sie eine 1 mM Stammlösung her, die zu 100 % in Ethanol verdünnt ist, und lagern Sie sie bei -20 % C |
| Dichlormethan ≥ 99% stabilisiert, GPR RECTAPUR | VWR Chemicals | 23367 | |
| DMEM mit Glutamax I | Life Technologies | 31966-021 | Kein Natriumpyruvat, kein HEPES |
| Ethanol absolut | VWR | 20821.310 | |
| Fötales Rinderserum | Life Technologies | 10270-106 | |
| Formalinlösung 10% neutral gepuffert | Sigma | HT5012 | |
| Salzsäure, 1,0 N standardisierte Lösung | Alfa Aesar | 35640 | |
| Eisen(III)-acetylacetonat (> 99,9 %) | Sigma Aldrich | 517003 | |
| ITS Premix Universal Culture Supplement (20x) | Corning | 354352 | |
| L-Ascorbinsäure 2-phosphat | Sigma | A8960 | Bereiten Sie eine frische konzentrierte Lösung (25 mM) vor, verdünnt in destilliertem Wasser |
| L-Prolin | Sigma | P5607 | Eine in destilliertem Wasser verdünnte Stammlösung von 175 mM herstellen und bei 4 μg lagern; C |
| Mesenchymale Stammzelle (MSC) | Lonza | PT-2501 | |
| Monowellen-Glasfläschchen | Anton Paar | 82723_us | |
| Mikrowellenreaktor | Anton Paar | Monowave 300 | |
| MSCGM BulletKit medium | Lonza | PT-3001 | Für das komplette Medium fügen Sie das mitgelieferte BulletKit (mit Serum, Glutamin und Antibiotika) zum MSCGM-Medium |
| PBS ohne CaCl2 mit CaCl2 hinzu o MgCl2 | Life Technologies | 14190-094 | |
| Penicillin (10.000 U/ml)/Streptomicin (10.000 μm; g/mL) | Life Technologies | 15140-122 | |
| Poly(acrylsäure, Natriumsalz) | Sigma Aldrich | 416010 | MW = 1200 g/mol |
| RPMI Medium 1640, kein Glutamin | Life Technologies | 31870-025 | Kein Natriumpyruvat, kein HEPES |
| Natriumhydroxid, 1,0N standardisierte Lösung | Alfa Aesar | 35629 | |
| Natriumpyruvatlösung 100mM | Sigma | S8636 | |
| Steriles konisches Zentrifugenröhrchen | Falcon | 352097 | 15 mL Röhrchen |
| Trypsin-EDTA (0,05%), Phenolrot | Thermo Fisher Scientific | 25300054 | |
| Trinatriumcitrat | VWR | 33615.268 | Bereiten Sie eine 1 M Stammlösung in destilliertem Wasser verdünnt vor und lagern Sie sie bei 4 μV; C |
| Tri-Natriumcitrat-Dihydrat, zertifiziert AR für die Analyse | Sigma Aldrich | 10396430 | |
| Ultra Zentrifugalfilter | Amicon | AC S510024 |
Referenzen
- 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).
- Fayol, D., Frasca, G., Le Visage, C., Gazeau, F., Luciani, N., Wilhelm, C.
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Nachdrucke und Genehmigungen
