Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

وسم الخلية واستهداف مع مغنطيسية مسايرة فائقة superparamagnetic أوكسيد الحديد النانوية

Published: October 19, 2015 doi: 10.3791/53099
Automatic Translation
1, 2, 3, 4, 2,5, 1
1Division of Cardiovascular Diseases, Mayo Clinic, 2Division of Engineering, Mayo Clinic, 3School of Medicine, Pharmacy and Health, Durham University, 4Regional Center for Applied Molecular Oncology, Masaryk Memorial Cancer Institute, 5Mayo Clinic College of Medicine, Mayo Clinic

Abstract

سوف تستهدف إيصال الخلايا والعوامل العلاجية تستفيد مجموعة واسعة من التطبيقات الطبية الحيوية من خلال التركيز على تأثير علاجي في الموقع المستهدف مع التقليل من الآثار الضارة إلى مواقع خارج المرمى. استهداف الخلايا المغناطيسي هي تقنية فعالة وآمنة واضحة التسليم. النانوية أكسيد الحديد مغنطيسية مسايرة فائقة superparamagnetic (SPION) هي قابلة للتحلل، حيويا، ويمكن endocytosed إلى خلايا لجعلها تستجيب للمجالات المغناطيسية. عملية التوليف ينطوي على خلق أكسيد الحديد الأسود (الحديد 3 O 4) النانوية تليها عالية السرعة استحلاب لتشكيل بولي (حمض اللاكتيك، شارك في الجليكوليك) (PLGA) الطلاء. وSPIONs PLGA-المغنتيت ما يقرب من 120 نانومتر في قطر بما في ذلك ما يقرب من 10 نانومتر قطر المغنتيت الأساسية. عندما وضعت في مستنبت، وendocytosed SPIONs بشكل طبيعي عن طريق الخلايا وتخزينها في شكل مجموعات صغيرة داخل الإندوسومات حشوية. هذه الجسيمات المغناطيسية نقلها كتلة كافية للخلاياللسماح لاستهداف ضمن المجالات المغناطيسية. يتم تمكين العديد من فرز الخلايا والتطبيقات التي تستهدف من خلال تقديم مختلف أنواع الخلايا تستجيب للمجالات المغناطيسية. SPIONs دينا مجموعة متنوعة من التطبيقات الطبية الحيوية الأخرى كذلك بما في ذلك استخدام كعامل النقيض التصوير الطبي، استهدفت تسليم المخدرات أو الجينات، وفحوصات تشخيصية، وجيل من ارتفاع الحرارة المحلي لعلاج الورم أو الأنسجة لحام.

Protocol

1. توليف أكسيد الحديد الأسود جل

  1. غسل جميع الأواني الزجاجية باستخدام حمض الهيدروكلوريك المركز يليه الماء منزوع الأيونات تليها الكحول الإيثيلي. السماح ليجف O / N، ويفضل أن يكون في فرن التجفيف.
    الحذر! حمض الهيدروكلوريك هو ضار - ارتداء معدات الوقاية الشخصية والعمل في غطاء الدخان. الكحول الإيثيلي مضر - ارتداء معدات الوقاية الشخصية.
  2. استخدام زجاجة Dreschel للتخلص من الغاز 500 مل من H 2 O منزوع الأيونات التي ظهرت على السطح بلطف N 2 الغاز لمدة 30 دقيقة.
  3. انشاء جهاز التوليف المغنتيت داخل غطاء الدخان الكيميائية.
    1. وضع 500 قارورة مل ثلاثة الرقبة جولة القاع داخل سخان isomantle وتأمين الرقبة مركز باستخدام المشبك والوقوف.
    2. تثبيت الحاجز المطاطي في واحدة من رقاب الجانب دورق كروي ومكثف ارتداد مع الحاجز المطاطي في الرقبة الجانب المتبقية. باستمرار تشغيل المياه الباردة من خلال المكثف الراجع.
    3. ثقب عشرالبريد الحاجز المطاطي دورق كروي مع إبرة متصلة بخط الغاز N 2 وثقب الحاجز المطاطي المكثف الراجع مع إبرة متصلة خط للغاز يمتد إلى الفوار (أي قارورة بالماء) لتصور تدفق الغاز.
    4. تثبيت مجداف نصل إلى مركز رقبة دورق كروي وعبر محول مجداف. إرفاق رمح مجداف شفرة لوالنمام النفقات العامة التي شنت على موقف.
  4. تطهير دورق كروي مع N 2 الغاز وترك N 2 تدفق الغاز بمعدل منخفض، ولكن يمكن كشفها.
  5. إزالة المكثف الراجع من دورق كروي وإضافة 1.000 غرام من الحديد (III) كلوريد، 0.6125 غرام من الحديد (II) كلوريد tetrahydrate، و 50 مل من بالغاز دي H 2 O.
    الحذر! الحديد (III) كلوريد الحديد و(II) كلوريد tetrahydrate ضارة - ارتداء معدات الوقاية الشخصية.
  6. استبدال المكثف الراجع ويقلب في 1000 دورة في الدقيقة في حين تسخين إلى 50° C. اثارة في ظل هذه الظروف تنتج 10 نانومتر النانوية قطر المغنتيت.
  7. مرة واحدة على 50 ° C، إضافة 10 مل من 28٪ من محلول هيدروكسيد الأمونيوم عن طريق حقن من خلال الحاجز المطاطي في دورق كروي في حين لا يزال التحريك.
    الحذر! هيدروكسيد الأمونيوم مضر - ارتداء معدات الوقاية الشخصية.
    ملاحظة: يستخدم محلول هيدروكسيد الأمونيوم لترسيب الحديد الأسود وينبغي أن يتحول الحل السوداء.
  8. إزالة الحاجز المطاطي وخط الغاز N 2 من دورق كروي والحرارة إلى 90 درجة مئوية إلى سيغلي غاز الامونيا في حين لا يزال التحريك.
    ملاحظة: وهو اختياري للحفاظ على تدفق N 2 في دورق كروي بواسطة ثقب الحاجز المطاطي المكثف الراجع، ومع ذلك، أكسدة المغنتيت إلى maghemite لا يكاد يذكر خلال هذه الخطوة.
  9. مرة واحدة على 90 ° C، إضافة 1 مل من حمض الأوليك إلى دورق كروي في حين لا يزال التحريك. يتم استخدام حمض الأوليك لمعطف المغنتيت غnoparticles لتشكيل هلام المغنتيت.
    الحذر! حمض الأوليك مضر - ارتداء معدات الوقاية الشخصية.
  10. استبدال الحاجز المطاطي وخط الغاز N 2 على دورق كروي وإزالة المكثف الراجع.
  11. إيقاف الحرارة ويقلب في 500 دورة في الدقيقة لمدة 2 ساعة.
  12. إزالة دورق كروي من المدفأة isomantle وصب أي السائل المتبقي أثناء استخدام مغناطيس قوي عقد على أسفل القارورة الإبقاء على هلام المغنتيت.
    الحذر! التعامل مع مغناطيس قوي مع الحذر الشديد لتجنب أضرار أو إصابات.
  13. السماح هلام المغنتيت إلى O-الهواء الجاف / N (اختياري).

2. تنقية أكسيد الحديد الأسود جل

  1. إضافة 40 مل من الهكسان في دورق كروي بحل جل المغنتيت
    الحذر! الهكسان مضر - ارتداء معدات الوقاية الشخصية والعمل في غطاء الدخان.
  2. استخدام قمع فصل مع 40 مل من بالغاز دي H 2 O لإزالة المتبقي H 2 O جيئة وذهابام الحل المغنتيت.
    1. صب ببطء الحل المغنتيت على H 2 O في قمع فصل ودوامة بلطف السائل مرحلتين لمدة 5 دقائق.
    2. تجفيف والتخلص من جزء مائي أقل.
    3. إضافة ببطء 40 مل من بالغاز دي H 2 O لقمع فصل بحيث يستقر تحت الحل المغنتيت ودوامة بلطف واستنزاف كما كان من قبل.
    4. تكرار غسل للمرة الثالثة.
  3. نقل حل المغنتيت إلى دورق مخروطي، إضافة بضع ملاعق بقيمة كبريتات الصوديوم اللامائية، ودوامة لإزالة أي بقايا المتبقية H 2 O من الحل المغنتيت.
  4. تصفية حل المغنتيت من خلال ورق الترشيح 1 ميكرون في قمع مرشح لإزالة كبريتات الصوديوم وH 2 O. المتبقية
    ملاحظة: يوصى المساعدة فراغ.
  5. نقل الحل المغنتيت إلى 50 مل تبخر قارورة واستخدام المبخر الدوار حتى يتبخر الهكسان ل2 ساعة مع الشروط التالية: معتدلة السرعة التناوب، فراغ تطبيقها، تبخر قارورة في 50 ° C حمام الماء، و 24 ° C المياه من خلال تعميم المكثف.
    ملاحظة: اختياريا، تخزين هلام المغنتيت قبل طلاء مع PLGA.

3. طلاء من أكسيد الحديد النانوية مع PLGA شل

  1. حل 3.60 غرام من PLGA (75/25 مزيج) في 240 مل من خلات الإيثيل لخلق 1.5٪ (م / ت) حل. تنبيه: خلات الإيثيل هو ضار - ارتداء معدات الوقاية الشخصية والعمل في غطاء الدخان.
  2. حل 25.00 غرام من Pluronic F-127 في 500 مل من بالغاز دي H 2 O باستخدام محرك مغناطيسي لخلق 5.0٪ (م / ت) حل.
    ملاحظة: Pluronic F-127 هو غير الأيونية البوليمرات كتلة محبة للجهتين التي تعمل بمثابة السطحي حيويا. فإنه يساعد على استقرار مستحلب النفط في المياه في الخطوة 3.3.2.
  3. باستخدام microspatula، وجمع جل المغنتيت إلى ست 0.040 ز قسامات داخل قوارير زجاجية مرجح. الأداء الإقتصادي الأداءاسندت عملية الطلاء وغسل التالية لكل قسامة.
    ملاحظة: قسامات ضرورية لضمان التعامل الفعال والصفق المغناطيسي، والذي سوف يضاعف النقاء والعائد وتقليل تدهور مسبق لتجميد التجفيف في الخطوة 4.
    1. إضافة 0.040 ز قسامة من هلام المغنتيت و 40 مل من محلول PLGA إلى كوب من البلاستيك ويصوتن في نظافة بالموجات فوق الصوتية لمدة 10 دقيقة.
    2. إضافة 80 مل من محلول Pluronic إلى كوب من البلاستيك ويستحلب فورا مع خلاط مختبر في أعلى الإعداد لمدة 7 دقائق لتشكيل طلاء PLGA على الجسيمات النانوية أكسيد الحديد الأسود كما مستحلب النفط في المياه.
    3. تمييع فورا الحل SPION في 1 لتر من H 2 O منزوع الأيونات ويصوتن لمدة 1 ساعة في غطاء الدخان الكيميائي لتتبخر وخلات الإيثيل.
    4. وضع مغناطيس قوي إلى جانب حل SPION ويحرك برفق لجمع SPIONs البني في المغناطيس.
      ملاحظة: قد يكون من الضروري أن يحرك بشكل متقطع لعدة ساعاتالصورة قبل حل يتحول بيضاء تشير إلى أن معظم SPIONs تم جمعها.
    5. صب محلول مائي مع الاحتفاظ SPIONs في الدورق مع المغناطيس.
    6. غسل SPIONs ثلاث مرات على النحو التالي.
      1. تعليق SPIONs في 1 لتر من منزوع الأيونات H 2 O.
      2. يصوتن الحل SPION لمدة 20 دقيقة.
      3. وضع مغناطيس قوي إلى جانب حل SPION ويحرك برفق لجمع SPIONs البني في المغناطيس. قد يكون من الضروري أن يحرك بشكل متقطع لعدة ساعات قبل يدور الحل واضح يشير إلى أن معظم SPIONs تم جمعها.
      4. صب محلول مائي مع الاحتفاظ SPIONs في الدورق مع المغناطيس.
  4. جمع SPIONs توليفها من كل من الستة قسامات هلام المغنتيت في عملية واحدة المرجح قارورة زجاجية بمثابة تعليق مائي. اختياريا صب الماء الزائد مغناطيسيا حسب الحاجة.

4. تجميد-drying من SPIONs

  1. تجميد الحل SPION.
  2. تجميد الجافة الحل SPION O / N في مجفاد.
  3. تزن SPIONs تجميد المجفف. ويمكن تخزين SPIONs تجميد المجفف في -20 درجة مئوية حتى تستخدم لوضع العلامات الخلية.
    ملاحظة: التخزين عند درجة حرارة -20 درجة مئوية بشكل كبير يقلل حركية التدهور ويزيد من العمر الافتراضي.

5. وصفها من الخلايا مع SPIONs

  1. تعليق قسامة من SPIONs في الفوسفات مخزنة المالحة (PBS) بتركيز 40 ملغ / مل ويصوتن لمدة 30 دقيقة.
  2. إضافة محلول SPION إلى قارورة متكدسة تقريبا من الخلايا بتركيز 5 ميكرولتر / مل من مستنبت الخلية. ضمان حتى التوزيع هزاز بلطف القارورة.
  3. احتضان الخلايا لمدة 16 ساعة على 37 درجة مئوية.
  4. نضح بلطف مستنبت وغسل خلايا مرتين مع برنامج تلفزيوني.
  5. جمع الخلايا المسمى مغناطيسيا واستخدام لإجراء التجارب.
  6. ويمكن تخزين حل SPION غير مستخدمة في 4 درجات مئوية، وينبغي أن يكون لناإد في غضون بضعة أشهر. يصوتن لمدة 30 دقيقة قبل كل استعمال.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

النانوية أكسيد الحديد الأسود ما يقرب من 10 نانومتر في قطر نتيجة لاثارة محلول مائي من الحديد (III) كلوريد الحديد و(II) كلوريد tetrahydrate في 50 ° C و 1،000 دورة في الدقيقة (الشكل 1). هذه النتائج تظهر التوليف الناجح للجزيئات النانوية أكسيد الحديد الأسود. من المهم التحقق من حجم وشكل الجسيمات النانوية أكسيد الحديد الأسود أخذت من عينة صغيرة من الدفعة عند محاولة توليف للمرة الأولى. المجهر انتقال الإلكترون (TEM) هو الأسلوب المفضل لتصور هذه الجسيمات. يجب التخلص من الدفعة وينبغي محاولة تجميع مرة أخرى إذا النانوية أكسيد الحديد الأسود ليست ما يقرب من 10 نانومتر في القطر وكروية كما هو مبين في الشكل 1.

طلاء النانوية أكسيد الحديد الأسود مع PLGA باستخدام عالية السرعة النتائج مستحلب في SPIONs PLGA-المغنتيت التي يبلغ قطرها 120 نانومتر (الشكل 2). هذه النتائج تثبت ناجحةتوليف SPIONs PLGA-المغنتيت. من المهم التحقق من حجم وشكل SPIONs PLGA-المغنتيت أخذت من عينة صغيرة من الدفعة عند محاولة توليف للمرة الأولى. المجهر الإلكتروني (SEM) هو الأسلوب المفضل لتصور هذه الجسيمات. يجب التخلص من الدفعة، وينبغي أن حاول تجميع مرة أخرى إذا كان SPIONs PLGA-المغنتيت ليست ما يقرب من 120 نانومتر في القطر وكروية كما هو مبين في الشكل (2). وبينما الجسيمات الأكبر أو الأصغر قد يكون من المرغوب فيه لبعض التطبيقات، وتكوين سوف يكون غير معروف وبالتالي الخلية وضع العلامات، والقابلية المغناطيسية، وسوف السمية الخلوية يمكن التنبؤ بها.

حضانة الخلايا البطانية ثمرة الدم مع SPIONs لمدة 16 ساعة في النتائج الإلتقام من الجسيمات النانوية (الشكل 3). هذه النتائج تظهر العلامات الناجح للخلايا مع SPIONs. من المهم التحقق من وجود SPIONs داخل الخلايا المأخوذة منعينة صغيرة من الدفعة عند محاولة وصفها لأول مرة. المجهر انتقال الإلكترون هو الأسلوب المفضل لتصور هذه الخلايا المسمى SPION. يجب التخلص من الخلايا ويجب محاولة وصفها مرة أخرى إذا لم تظهر SPIONs PLGA-mangetite كما الجولة جزيئات سوداء تتجمع معا ضمن الإندوسومات حشوية كما هو مبين في الشكل (3). وعلاوة على ذلك، قد تفشل تركيزات أقل من SPIONs لتمكين الخلايا المغناطيسية الاستهداف و تركيزات أعلى من SPIONs قد تكون السامة للخلايا. إذا لزم الأمر، وتركيز SPIONs تستخدم لخلايا التسمية يمكن تعديلها وفقا لذلك.

كمية الحديد تحميلها في خلايا كافية لتحقيق القبض المغناطيسي للخلايا قابلة للحياة إلى الأجهزة الطبية التي تزرع في الجسم المغناطيسية (الشكل 4). هذه النتائج تثبت نجاح بوساطة SPION استهداف الخلايا المغناطيسية. إذا كان المطلوب خلية أقوى تستهدف التأثير، فإن الاستراتيجية المفضلة هي increaحد ذاتها قوة أو التدرج من ولدت أو تطبيق مجال مغناطيسي 8،30. زيادة تركيز SPIONs تستخدم لخلايا التسمية يجب أن يحاكم فقط كملاذ أخير بسبب مخاوف سمية الخلايا. إذا كان المطلوب تحسين بقاء الخلية، ينبغي انخفض تركيز SPIONs تستخدم لخلايا التسمية.

الشكل 1
الشكل 1. صورة TEM النانوية أكسيد الحديد الأسود. النانوية أكسيد الحديد الأسود ما يقرب من 10 نانومتر في القطر كما يراها انتقال المجهر الإلكتروني (TEM). جسيمات كروية وموحدة في الحجم. مقياس شريط = 100 نانومتر. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 2 /> الشكل 2. SEM صورة SPIONs PLGA-المغنتيت. SPIONs المغنتيت PLGA المغلفة ما يقرب من 120 نانومتر في القطر كما يراها المجهر الإلكتروني (SEM). جسيمات كروية وموحدة في الحجم. على نطاق وبار = 500 ميكرون. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (3)
الشكل 3. صورة TEM خلية البطانية وصفت مغناطيسيا. A المسمى مغناطيسيا ثمرة الدم الخلايا البطانية تصور بواسطة المجهر الإلكتروني النافذ (TEM). وendocytosed وSPIONs بشكل طبيعي عن طريق الخلايا وتخزينها في مجموعات صغيرة داخل الإندوسومات حشوية. غادر نطاق شريط = 2 ميكرون واليمين شريط النطاق = 0.5 ميكرون. إعادة طباعة بإذن من 24 ساعة./files/ftp_upload/53099/53099fig3large.jpg "الهدف =" _ فارغة "> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 4
الرقم 4. الإسفار صورة مجهرية من القبض على خلية المغناطيسي. تنجذب الخلايا البطانية وصفت مغناطيسيا لدعامة الأوعية الدموية المغناطيسية (يمين) بمعدل أعلى بكثير من الدعامات غير المغناطيسية (يسار). أشرطة النطاق = 100 ميكرون. إعادة طبع بإذن من 24 ساعة. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

كما هو الحال مع أي بروتوكول تخليق جسيمات متناهية الصغر، ونقاء من المواد الكيميائية المتفاعلة أمر بالغ الأهمية لتحقيق SPIONs جودة عالية من شأنها أن يكون لها تأثيرات السامة للخلايا الحد الأدنى. ولذلك فمن المهم لشراء الكواشف نقية جدا بما في ذلك حمض الأوليك (≥99٪)، الحديد (II) tetrahydrate كلوريد (≥99.99٪)، الحديد (III) كلوريد (≥99.99٪)، خلات الإيثيل (HPLC الصف، ≥99.9٪ )، الهكسان (الصف HPLC، ≥97.0٪)، هيدروكسيد الأمونيوم (≥99.99٪)، وكبريتات الصوديوم (≥99.0٪). ومن أهمية خاصة لشراء نقية جدا وذات جودة عالية PLGA، التي يمكن أن تكون مكلفة نسبيا. بالإضافة إلى ذلك، كل الأواني الزجاجية ويجب غسلها جيدا مع حمض الهيدروكلوريك، الماء منزوع الأيونات، والكحول الإيثيلي وسمح لتجف قبل الاستخدام.

وبالمثل، فإن خطوات تنقية والغسيل داخل بروتوكول حاسمة لضمان سوف SPIONs النهائية تكون ذات جودة عالية ولها تأثيرات السامة للخلايا الحد الأدنى. يجب أن يكون جل المغنتيت الحر للكما هيدروكسيد الأمونيوم الكثير، والمياه، والهكسان ممكن قبل طلاء مع PLGA. وفقا لذلك، ويخصص جزء كبير من البروتوكول لضمان نقاء هلام المغنتيت. بعد ذلك، يجب أن يكون SPIONs PLGA-المغنتيت خالية من خلات الإيثيل، Pluronic، والزائد PLGA. خطوات الغسيل SPION النهائية هي الأكثر استهلاكا للوقت جزء من البروتوكول، ولكن يجب أن تكتمل لضمان نقاء عالية. على وجه التحديد، وجمع المغناطيسي الجسيمات خلال كل خطوة الغسيل يمكن أن يكون وقتا طويلا جدا. يمكن التحريك الحل زيادة كبيرة في سرعة جمع الجسيمات، ولكن القضبان تحريك مغناطيسي لا يمكن استخدامها. النمامون العامة التي تعمل على سرعة منخفضة هي الوسيلة الأكثر فعالية لجمع الجسيمات السريع. ضمان جمع البني كبير من SPIONs يظهر في المغناطيس والحل يبدو أبيض أو واضحة قبل الصب. وهذا يمكن أن تتطلب في كثير من الأحيان عدة ساعات من التحريك، ولكن سوف يؤدي إلى العائد النهائي العالي. خدمة خطوات الصفق المغناطيسي أيضا لضمان magn الوحيديتم الاحتفاظ الجسيمات ETIC في حين يتم تجاهل جميع المواد غير المغناطيسية.

يمكن لمستويات الحديد المفرطة يكون السامة للخلايا، وبالتالي فإن حجم كتلة المغناطيسية التي يمكن الكشف عنها إلى خلية باستخدام هذه التقنية محدودة. قد تحتاج تركيز الحديد أن انخفضت لأنواع الخلايا الحساسة بشكل خاص أو زيادة للحقول المغناطيسية ضعيفة للغاية، ولكن بروتوكول الموصوفة هنا يوفر نقطة انطلاق ثبت لتحقيق التوازن بين سلامة وفعالية. مصنوعة SPIONs توليفها من قبل هذا البروتوكول من حل مع نسبة 01:15 من قبل كتلة من المغنتيت إلى PLGA وعرض SPIONs إلى خلايا بتركيز 200 ميكروغرام / مل من مستنبت الخلية. أي من هذه المعايير يمكن تعديلها لتغيير كمية من الحديد endocytosed كل خلية عند الضرورة.

SPIONs هي آمنة لزرع البشري وسوف تتحلل بمرور الوقت (نصف عمر حوالي 40-50 يوما) 31. كل من أكسيد الحديد الأسود وPLGA تشكل degrad غير مؤذيةيتم مسح المنتجات أوجه من وإلى الجسم عن طريق الممرات الطبيعية 32. الطبيعة القابلة للتحلل من SPIONs يعني أن أي تأثيرات السامة للخلايا تتضاءل مع الوقت، ولكن يحد أيضا من التطبيقات المحتملة لتلك التي لا تتطلب الخلايا للحفاظ على ممتلكاتهم المغناطيسية تتجاوز بضعة أشهر. يكون SPIONs أيضا في الاستفادة من وصفها الخلايا وإضفاء آثارها المغناطيسي دون الحاجة إلى البروتينات السطحية ولا تستهدف بروابط التي هي عرضة للتشكيل الاكليل البروتين عند التعرض إلى الوسط البيولوجي 33،34.

إضفاء الخصائص المغناطيسية إلى خلايا مفيد لمجموعة واسعة من التطبيقات الطبية الحيوية التي تتطلب تسليم خلية المستهدفة أو فرز 29. وقد أثبتت مجموعة متنوعة من أنواع الخلايا القدرة على endocytose SPIONs بما في ذلك الخلايا الجذعية الوسيطة 35، الخلايا الاصلية البطانية 36، والخلايا خلايا البنكرياس بيتا 37، والخلايا الجذعية العصبية 38 بأمان. سل المغناطيسيقد يكون من المفضل ل استهداف أكثر من خلية غيرها من تقنيات استهداف عند درجة عالية من السيطرة على شروط التسليم ضرورية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Ammonium Hydroxide solution, 28% NH3 in H2O, ≥99.99% trace metal basis Sigma-Aldrich 338818-100ML  Harmful reagent - wear personal protective equipment
Dreschel bottle, 500 ml Ace Glass 5516-16
Ethyl Acetate, CHROMASOLVR Plus, for HPLC, 99.9%  Sigma-Aldrich 650528-1L Harmful reagent - wear personal protective equipment & work in fume hood
Ethyl alcohol Sigma-Aldrich E7023 Harmful reagent - wear personal protective equipment
Evaporating flask, 50 ml, 24/40 joint Sigma-Aldrich Z515558 For use with rotoevaporator
Filter paper, 3 cm dia, grade 1 Fisher 09-805P For use with glass filter funnel
Glass beakers, 1 L Fisher FB-101-1000 For washing SPIONs
Glass filter funnel, vacuum hose adapter, fits 24/40, 30 mL Fisher K954100-0344 
Glass vial caps Fisher 03-391-46 For use with glass vials
Glass vials, 2 ml Fisher 03-391-44 For collecting magnetite gel & SPIONs
Hexane, CHROMASOLVR, for HPLC, ≥97.0% (GC) Sigma-Aldrich 34859-1L  Harmful reagent - wear personal protective equipment & work in fume hood
Hydrochloric acid Sigma-Aldrich H1758 Harmful reagent - wear personal protective equipment & work in fume hood
Iron(II) chloride tetrahydrate, ≥99.99% trace metals basis  Sigma-Aldrich 380024-5G Harmful reagent - wear personal protective equipment
Iron(III) chloride anhydrous, powder, ≥99.99% trace metals basis Sigma-Aldrich 451649-1G Harmful reagent - wear personal protective equipment
Isomantle heater, 500 mL Voight Global EM0500/CEX1
Laboratory mixer Silverson L5M-A
Lyophilizer Labconco 7670520
Microspatulas Fisher 21-401-25A For transfering magnetite gel
NdFeB magnet, 1 in x 1 in x 1 in Amazing Magnets C1000H-M Very strong magnet, handle with care
Oleic acid, ≥99% (GC) Sigma-Aldrich O1008-5G  Store in freezer; Harmful reagent - wear personal protective equipment
Overhead stirrer IKA 2572201
Overhead stirrer clamp IKA 2664000 For use with overhead stirrer
Overhead stirrer H-stand IKA 1412000 For use with overhead stirrer
Phosphate buffered saline Life Technologies 10010-023
Plastic beakers, 250 ml Fisher 02-591-28
PLGA PURASORB PDLG (75/25 blend) Purac PDLG 7502 PDLG 7502A may be used as well; Store in freezer
Pluronic F-127 powder, BioReagent, suitable for cell culture Sigma-Aldrich P2443-250G 
PTFE expandable blade paddle, 8 mm dia SciQuip SP4018
PTFE vessel adapter, fits 24/40, 8 mm dia paddle Monmouth Scientific PTFE Vessel Adaptor A480 For use with PTFE expandable blade paddle
Recirculating chiller Clarkson 696613 For use with rotoevaporator
Reflux condenser, fits 24/40, 250 mm Ace Glass 5997-133
Rotoevaporator Clarkson 216949
Rubber septa, fits 24/40 Ace Glass 9096-56
Separatory funnel with stopper, 250 ml Fisher 10-438E
Sodium sulfate ACS reagent, ≥99.0%, anhydrous, granular Sigma-Aldrich 239313-500G 
Three neck round bottom flask, angled, 24/40 joints, 500 ml Ace Glass 6948-16
Ultrasonic cleaner perforated pan Fisher 15-335-20A For use with ultrasonic cleaner
Ultrasonic cleaner, 2.8 L Fisher 15-335-20
Vacuum controller Clarkson 216639 For use with rotoevaporator (optional)
Vacuum pump Clarkson 219959 For use with rotoevaporator

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Burgess, A., et al. Targeted delivery of neural stem cells to the brain using MRI-guided focused ultrasound to disrupt the blood-brain barrier. PLoS One. 6 (11), e27877 (2011).
  2. Nguyen, K. T. Mesenchymal Stem Cells as Targeted Cell Vehicles to Deliver Drug-loaded Nanoparticles for Cancer Therapy. J Nanomed Nanotechol. 4 (1), e128 (2013).
  3. Kean, T. J., Lin, P., Caplan, A. I., Dennis, J. E. MSCs: Delivery Routes and Engraftment, Cell-Targeting Strategies, and Immune Modulation. Stem Cells Int. , 732742 (2013).
  4. Suzuki, K., et al. Targeted cell delivery into infarcted rat hearts by retrograde intracoronary infusion: distribution, dynamics, and influence on cardiac function. Circulation. 110 (11 Suppl 1), II225-II230 (2004).
  5. Garbern, J. C., Lee, R. T. Cardiac stem cell therapy and the promise of heart regeneration. Cell Stem Cell. 12 (6), 689-698 (2013).
  6. Duckers, H. J., et al. Accelerated vascular repair following percutaneous coronary intervention by capture of endothelial progenitor cells promotes regression of neointimal growth at long term follow-up: final results of the Healing II trial using an endothelial progenitor cell capturing stent (Genous R stent). EuroIntervention. 3 (3), 350-358 (2007).
  7. Pan, Y., Du, X., Zhao, F., Xu, B. Magnetic nanoparticles for the manipulation of proteins and cells. Chem Soc Rev. 41 (7), 2912-2942 (2012).
  8. Huang, Z. Y., et al. Deep magnetic capture of magnetically loaded cells for spatially targeted therapeutics. Biomaterials. 31 (8), 2130-2140 (2010).
  9. Shen, Y., et al. Comparison of Magnetic Intensities for Mesenchymal Stem Cell Targeting Therapy on Ischemic Myocardial Repair: High Magnetic Intensity Improves Cell Retention but Has No Additional Functional Benefit. Cell Transplant. , (2014).
  10. Cheng, K., et al. Magnetic antibody-linked nanomatchmakers for therapeutic cell targeting. Nat Commun. 5, 4880 (2014).
  11. Vandergriff, A. C., et al. Magnetic targeting of cardiosphere-derived stem cells with ferumoxytol nanoparticles for treating rats with myocardial infarction. Biomaterials. 35 (30), 8528-8539 (2014).
  12. Huang, Z., et al. Magnetic targeting enhances retrograde cell retention in a rat model of myocardial infarction. Stem Cell Res Ther. 4 (6), 149 (2013).
  13. Chaudeurge, A., et al. Can magnetic targeting of magnetically labeled circulating cells optimize intramyocardial cell retention. Cell Transplant. 21 (4), 679-691 (2012).
  14. Cheng, K., et al. Magnetic targeting enhances engraftment and functional benefit of iron-labeled cardiosphere-derived cells in myocardial infarction. Circ Res. 106 (10), 1570-1581 (2010).
  15. Yanai, A., et al. Focused magnetic stem cell targeting to the retina using superparamagnetic iron oxide nanoparticles. Cell Transplant. 21 (6), 1137-1148 (2012).
  16. Ordidge, K. L., et al. Coupled cellular therapy and magnetic targeting for airway regeneration. Biochem Soc Trans. 42 (3), 657-661 (2014).
  17. El Haj, A. J., et al. An in vitro model of mesenchymal stem cell targeting using magnetic particle labelling. J Tissue Eng Regen Med. , (2012).
  18. Vanecek, V., et al. Highly efficient magnetic targeting of mesenchymal stem cells in spinal cord injury. Int J Nanomedicine. 7, 3719-3730 (2012).
  19. Sasaki, H., et al. Therapeutic effects with magnetic targeting of bone marrow stromal cells in a rat spinal cord injury model. Spine (Phila Pa 1976). 36 (12), 933-938 (2011).
  20. Oshima, S., et al. Enhancement of bone formation in an experimental bony defect using ferumoxide-labelled mesenchymal stromal cells and a magnetic targeting system. J Bone Joint Surg Br. 92 (11), 1606-1613 (2010).
  21. Luciani, A., et al. Magnetic targeting of iron-oxide-labeled fluorescent hepatoma cells to the liver. Eur Radiol. 19 (5), 1087-1096 (2009).
  22. Oshima, S., Kamei, N., Nakasa, T., Yasunaga, Y., Ochi, M. Enhancement of muscle repair using human mesenchymal stem cells with a magnetic targeting system in a subchronic muscle injury model. J Orthop Sci. 19 (3), 478-488 (2014).
  23. Ohkawa, S., et al. Magnetic targeting of human peripheral blood CD133+ cells for skeletal muscle regeneration. Tissue Eng Part C Methods. 19 (8), 631-641 (2013).
  24. Tefft, B. J., et al. Magnetizable Duplex Steel Stents Enable Endothelial Cell Capture. Ieee T Magn. 49 (1), 463-466 (2013).
  25. Uthamaraj, S., et al. Design and validation of a novel ferromagnetic bare metal stent capable of capturing and retaining endothelial cells. ABME. 42 (12), 2416-2424 (2014).
  26. Polyak, B., et al. High field gradient targeting of magnetic nanoparticle-loaded endothelial cells to the surfaces of steel stents. Proc Natl Acad Sci U.S.A. 105 (2), 698-703 (2008).
  27. Pislaru, S. V., et al. Magnetically targeted endothelial cell localization in stented vessels. J Am Coll Cardiol. 48 (9), 1839-1845 (2006).
  28. Pislaru, S. V., et al. Magnetic forces enable rapid endothelialization of synthetic vascular grafts. Circulation. 114 (1 Suppl), 314-318 (2006).
  29. Wang, Y. X., Xuan, S., Port, M., Idee, J. M. Recent advances in superparamagnetic iron oxide nanoparticles for cellular imaging and targeted therapy research. Curr Pharm Des. 19 (37), 6575-6593 (2013).
  30. Yellen, B. B., et al. Targeted drug delivery to magnetic implants for therapeutic applications. J Magn Magn Mater. 293 (1), 647-654 (2005).
  31. Granot, D., et al. Clinically viable magnetic poly(lactide-co-glycolide) particles for MRI-based cell tracking. Magn Reson Med. , (2013).
  32. Levy, M., et al. Long term in vivo biotransformation of iron oxide nanoparticles. Biomaterials. 32 (16), 3988-3999 (2011).
  33. Mirshafiee, V., Mahmoudi, M., Lou, K., Cheng, J., Kraft, M. L. Protein corona significantly reduces active targeting yield. Chem Commun (Camb). 49 (25), 2557-2559 (2013).
  34. Salvati, A., et al. Transferrin-functionalized nanoparticles lose their targeting capabilities when a biomolecule corona adsorbs on the surface. Nat Nanotechnol. 8 (2), 137-143 (2013).
  35. Landazuri, N., et al. Magnetic targeting of human mesenchymal stem cells with internalized superparamagnetic iron oxide nanoparticles. Small. 9 (23), 4017-4026 (2013).
  36. Sun, J. H., et al. In vitro labeling of endothelial progenitor cells isolated from peripheral blood with superparamagnetic iron oxide nanoparticles. Mol Med Rep. 6 (2), 282-286 (2012).
  37. Zhang, B., et al. Detection of viability of transplanted beta cells labeled with a novel contrast agent - polyvinylpyrrolidone-coated superparamagnetic iron oxide nanoparticles by magnetic resonance imaging. Contrast Media Mol Imaging. 7 (1), 35-44 (2012).
  38. Song, M., et al. Labeling efficacy of superparamagnetic iron oxide nanoparticles to human neural stem cells: comparison of ferumoxides, monocrystalline iron oxide, cross-linked iron oxide (CLIO)-NH2 and tat-CLIO. Korean J Radiol. 8 (5), 365-371 (2007).

Tags

الهندسة الحيوية، العدد 104، متوازي المغنطيسية، المغناطيسي، SPION، PLGA، المغنتيت، الحديد
وسم الخلية واستهداف مع مغنطيسية مسايرة فائقة superparamagnetic أوكسيد الحديد النانوية
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Tefft, B. J., Uthamaraj, S.,… More

Tefft, B. J., Uthamaraj, S., Harburn, J. J., Klabusay, M., Dragomir-Daescu, D., Sandhu, G. S. Cell Labeling and Targeting with Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles. J. Vis. Exp. (104), e53099, doi:10.3791/53099 (2015).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter