Waiting
Login processing...

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

Bioengineering

Cell Märkning och inriktning med superparamagnetiska nanopartiklar av järnoxid

Published: October 19, 2015 doi: 10.3791/53099

Abstract

Målinriktad tillförsel av celler och terapeutiska medel skulle gynna ett brett spektrum av biomedicinska tillämpningar genom att koncentrera den terapeutiska effekten vid målstället under minimering skadliga effekter på off-målställen. Magnetisk cellInriktning är ett effektivt, säkert och okomplicerad leverans teknik. Superparamagnetiska järnoxidnanopartiklar (Spion) är biologiskt nedbrytbara, biokompatibla, och kan endocytoseras in i celler för att göra dem mottagliga för magnetiska fält. Syntesprocessen innebär att skapa magnetit (Fe 3 O 4) nanopartiklar följt av höghastighets emulgering att bilda en poly (mjölksyra-sam-glykolsyra) (PLGA) beläggning. Den PLGA-magnetit SPIONs är ca 120 nm i diameter, inklusive cirka 10 nm magnetit diameter kärna. När den placeras i ett odlingsmedium, är SPIONs naturligt endocytoseras av celler och lagras som små kluster inom cytoplasmiska endosomer. Dessa partiklar ge tillräcklig magnetiska massan till cellernaför att möjliggöra inriktning inom magnetfält. Många cellsortering och inriktning applikationer aktiveras genom att göra olika celltyper som svarar för magnetfält. SPIONs har en mängd andra biomedicinska tillämpningar samt inklusive användning som en medicinsk avbildningskontrastmedel, riktade läkemedel eller gentillförsel, diagnostiska analyser, och generering av lokal hypertermi för tumörterapi eller vävnadslödning.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. Syntes av Magnetit Gel

  1. Tvätta alla glasvaror genom användning av koncentrerad saltsyra, följt av avjoniserat vatten, följt av etylalkohol. Låt torka O / N, företrädesvis i en torkugn.
    OBS! saltsyra är skadligt - bära personlig skyddsutrustning och arbeta i ett dragskåp; etylalkohol är skadligt - bära personlig skyddsutrustning.
  2. Använd en Dreschel flaska att avgasa 500 ml avjoniserat H2O genom att försiktigt bubblande N2-gas under 30 minuter.
  3. Set-up magnetitsyntesanordningen i dragskåp.
    1. Placera en 500 ml trehalsad rundbottnad kolv i en isomantel värmaren och säkra centrumhalsen med hjälp av en klämma och stå.
    2. Installera ett gummiseptum till en av den rundbottnade kolven totalt sido halsar och en återflödeskylare med ett gummiseptum till den återstående sidohalsen. Kontinuerlig drift kallt vatten genom återflödeskondensorn.
    3. Punktering: tee rundkolv s gummiseptum med en nål ansluten till en N 2 gasledningen och punkteringsåterloppskylaren s gummiseptum med en nål ansluten till en gasledning som kör till en bubblare (dvs kolv med vatten) för att visualisera gas utflöde.
    4. Installera en blad paddel i den rundbottnade kolven centrum hals via en paddel-adapter. Montera kniv paddla skaft till en överliggande omrörare monterad på ett stativ.
  4. Töm den rundbottnade kolven med N2-gas och lämna N2-gas som strömmar med en låg men detekterbar hastighet.
  5. Avlägsna återflödeskondensor från den rundbottnade kolv och tillsätt 1,000 g järn (III) klorid, 0,6125 g järn (II) kloridtetrahydrat, och 50 ml avgasad H2O
    OBS! järn (III) klorid och järn (II) kloridtetrahydrat är skadliga - bära personlig skyddsutrustning.
  6. Ersätt återflödeskondensor och omrör vid 1000 varv per minut under upphettning till 50° C. Omrörning under dessa förhållanden ger 10 nm magnetit diameter nanopartiklar.
  7. En gång vid 50 ° C, tillsätt 10 ml 28% -ig ammoniumhydroxidlösning genom insprutning genom gummiväggen i den rundbottnade kolven och samtidigt omröming.
    OBS! ammoniumhydroxid är skadligt - bära personlig skyddsutrustning.
    OBS: ammoniumhydroxidlösning användes för utfällning av magnetit och lösningen bör bli svart.
  8. Avlägsna gummiseptumet och N 2 gasledningen från den rundbottnade kolven och värm till 90 ° C för att koka bort den ammoniakgas samtidigt omröming.
    OBS: Det är valfritt att upprätthålla flödet av N 2 in i den rundbottnade kolven genom punktering återflödeskondensorn s gummiseptum, emellertid är försumbar under detta steg oxidation av magnetit till maghemit.
  9. En gång vid 90 ° C, tillsätt 1 ml oljesyra till den rundbottnade kolven och samtidigt omröming. Oljesyran används för att belägga magnetiten nanoparticles att bilda magnetit gel.
    OBS! oljesyra är skadligt - bära personlig skyddsutrustning.
  10. Ersätt gummiseptumet och N2-gas linan på den rundbottnade kolven och avlägsna återflödeskondensor.
  11. Stäng av värmen och rör om vid 500 rpm under 2 h.
  12. Avlägsna den rundbottnade kolven ur isomantel värmaren och dekan eventuell kvarvarande vätska under användning av en stark magnet hålls mot botten av kolven för att hålla kvar magnetit gelén.
    OBS! hantera stark magnet med extrem försiktighet för att undvika skador.
  13. Låt magnetit gel lufttorka O / N (tillval).

2. Rening av Magnetit Gel

  1. Tillsätt 40 ml hexan till den rundbottnade kolven för att lösa upp magnetit gelén
    OBS! hexan är skadligt - bära personlig skyddsutrustning och arbeta i ett dragskåp.
  2. Använd en separationstratt med 40 ml avgasad H2O för att avlägsna återstående H2O from magnetiten lösningen.
    1. Häll långsamt magnetit lösningen på H2O i separertratten och snurra försiktigt tvåfasvätska under 5 minuter.
    2. Rinna ut och kasta den nedre vattenfraktionen.
    3. Tillsätt långsamt 40 ml avgasad H2O till separertratten så att den lägger sig under magnetitlösning och försiktigt snurra och dränera som tidigare.
    4. Upprepa tvätta en tredje gång.
  3. Överför magnetit lösning på en Erlenmeyerkolv, tillsätt några spatlar värde av vattenfritt natriumsulfat, och snurra för att avlägsna eventuella kvarvarande H2O från magnetitlösning.
  4. Filtrera magnetitlösningen genom en xm filterpapper i en filtertratt för att avlägsna natriumsulfatet och kvarvarande H2O
    OBS: Vakuum stöd rekommenderas.
  5. Överför magnetit lösningen till en 50 ml indunstning kolv och använda en rotationsindunstare för att avdunsta hexan för2 h med följande villkor: måttlig rotationshastigheten, appliceras vakuum, indunstning kolven i ett 50 ° C vattenbad, och 24 ° C vatten som cirkulerar genom kondensorn.
    OBS: Eventuellt lagra magnetit gel före beläggning med PLGA.

3. Beläggning av magnetit nanopartiklar med PLGA Shell

  1. Lös 3,60 g PLGA (75/25 blandning) i 240 ml etylacetat för att skapa en 1,5% (m / v) lösning. VARNING: etylacetat är skadligt - bära personlig skyddsutrustning och arbeta i ett dragskåp.
  2. Lös 25,00 g Pluronic F-127 i 500 ml avgasad H2O med användning av en magnetisk omrörare för att skapa en 5,0% (m / v) lösning.
    OBS: Pluronic F-127 är en icke-jonisk amfifil blocksampolymer som fungerar som ett biokompatibelt ytaktivt medel. Det bidrar till att stabilisera olja-i-vatten-emulsion i steg 3.3.2.
  3. Med hjälp av en microspatula, samla magnetit gel i sex 0,040 g portioner inom vägda glasflaskor. PerfORM följande beläggningen och tvättprocessen för varje alikvot.
    OBS: Alikvoterna är nödvändiga för att säkerställa en effektiv hantering och magnetisk dekantering, vilket kommer att maximera renhet och avkastning samtidigt minimera nedbrytning före frystorkning i steg 4.
    1. Lägg till en 0,040 g portion av magnetit gel och 40 ml av PLGA lösning på ett plastbägare och låt ligga i en ultraljudsrengörare under 10 minuter.
    2. Lägg 80 ml Pluronic lösning på plastbägare och omedelbart emulgera med en laboratorieblandare vid den högsta inställningen under 7 minuter för bildning av PLGA-beläggning på magnetitnanopartiklar som en olja-i-vattenemulsion.
    3. Späd Omedelbart Spion lösningen i en I avjoniserat H2O och sonikera under en timme i en kemisk rökhuv för att avdunsta etylacetat.
    4. Placera en stark magnet bredvid spion lösningen och försiktigt rör för att samla brunaktiga SPIONs på magneten.
      OBS: Det kan vara nödvändigt att intermittent rör om under flera timmars innan lösningen blir vitaktig vilket indikerar att de flesta av de SPIONs har samlats in.
    5. Dekantera vattenlösningen samtidigt som man behåller de SPIONs i bägaren med magneten.
    6. Tvätta SPIONs tre gånger enligt följande.
      1. Suspendera de SPIONs i 1 I avjoniserat H2O
      2. Sonikera spion lösning för 20 minuter.
      3. Placera en stark magnet bredvid spion lösningen och försiktigt rör för att samla brunaktiga SPIONs på magneten. Det kan vara nödvändigt att intermittent rör om under flera timmar innan lösningen blir klar vilket indikerar att de flesta av de SPIONs har samlats in.
      4. Dekantera vattenlösningen samtidigt som man behåller de SPIONs i bägaren med magneten.
  4. Samla SPIONs syntetiserade från var och en av de sex magnetit gel portioner i en enda vägd glasflaska som en vattenbaserad suspension. Eventuellt dekantera överflödigt vatten magnetiskt vid behov.

4. Frys-drying av SPIONs

  1. Frys Spion lösningen.
  2. Frystorkas spion lösningen O / N i en frystorkning.
  3. Väg de frystorkade SPIONs. Frystorkade SPIONs kan lagras vid -20 ° C tills de användes för cellmärkning.
    OBS: Lagring vid -20 ° C dramatiskt reducerar nedbrytningskinetiken och ökar hållbarheten.

5. Märkning av celler med SPIONs

  1. Suspendera en alikvot av SPIONs i fosfatbuffrad saltlösning (PBS) vid en koncentration av 40 mg / ml och sonikera under 30 minuter.
  2. Till Spion lösningen till en nästan konfluent kolv av celler vid en koncentration av 5 | il / ml av cellodlingsmedium. Säkerställa en jämn fördelning genom att skaka kolven.
  3. Inkubera cellerna i 16 timmar vid 37 ° C.
  4. Aspirera Försiktigt odlingsmedium och tvätta cellerna två gånger med PBS.
  5. Samla magnetiskt märkta celler och använda för experiment.
  6. Oanvänd Spion lösning kan förvaras vid 4 ° C och bör vara ossed inom ett par månader. Sonikera i 30 minuter före varje användning.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Magnetitnanopartiklar är ungefär 10 nm i diameter till följd av omröring en vattenlösning av järn (III) klorid och järn (II) kloridtetrahydrat vid 50 ° C och 1000 varv per minut (Figur 1). Dessa resultat visar framgångsrik syntes av magnetitnanopartiklar. Det är viktigt att kontrollera storleken och formen av magnetitnanopartiklar som tagits från ett litet urval av partiet när du försöker syntes för första gången. Transmissionselektronmikroskopi (TEM) är den föredragna metoden för att visualisera dessa partiklar. Satsen bör kasseras och syntesen bör försökas igen om magnetitnanopartiklar inte är ungefär 10 nm i diameter och sfärisk, såsom visas i figur 1.

Beläggning av magnetitnanopartiklar med PLGA med hjälp av en höghastighets emulgeringsmedel resulterar i PLGA-magnetit SPIONs med en diameter på 120 nm (Figur 2). Dessa resultat visar framgångsriksyntes av PLGA-magnetit SPIONs. Det är viktigt att kontrollera storleken och formen på PLGA-magnetit SPIONs tagna från ett litet urval av partiet när du försöker syntes för första gången. Svepelektronmikroskopi (SEM) är det föredragna förfarandet för att visualisera dessa partiklar. Satsen bör kasseras och syntesen bör försökas igen om de PLGA-magnetit SPIONs inte cirka 120 nm i diameter och sfärisk, såsom visas i fig 2. Medan större eller mindre partiklar kan vara önskvärt för vissa tillämpningar, kommer kompositionen att vara okänd och därför cellmärkning, magnetisk susceptibilitet, och cytotoxicitet blir oförutsägbar.

Inkubation av blod utväxt endotelceller med SPIONs under 16 timmar resulterar i endocytos av nanopartiklarna (Figur 3). Dessa resultat visar framgångsrik märkning av celler med SPIONs. Det är viktigt att kontrollera förekomsten av SPIONs inom celler tagna frånett litet urval av partiet när du försöker märkningen för första gången. Transmissionselektronmikroskopi är den föredragna metoden för att visualisera dessa Spion-märkta celler. Cellerna ska kasseras och märkningen bör försök igen om PLGA-mangetite SPIONs inte visas som runda svarta partiklar klustrade tillsammans inom cytoplasmiska endosomer som visas i Figur 3. Vidare kan lägre koncentrationer av SPIONs inte möjliggöra magnetisk cellinriktning och högre koncentrationer av SPIONs kan vara cytotoxiska. Om så är nödvändigt kan koncentrationen av SPIONs används för att märka celler justeras i enlighet därmed.

Mängden järn laddas in i cellerna är tillräcklig för att uppnå magnetiska infångning av viabla celler till ferromagnetiska implanterbara medicinska anordningar (Figur 4). Dessa resultat visar framgångsrika Spion-medierad magnetisk cellinriktning. Om en starkare cellmålsöknings effekt önskas, är den föredragna strategin för att ökat sjsyns styrka eller lutning genereras eller pålagt magnetfält 8,30. Öka koncentrationen av SPIONs används för att märka celler bör endast prövas som en sista utväg på grund av cytotoxicitet oro. Om förbättrad cellviabilitet önskas, bör koncentrationen av SPIONs används för att märka celler minskas.

Figur 1
Figur 1. TEM bild av magnetitnanopartiklar. Magnetit nanopartiklar är ungefär 10 nm i diameter såsom framgår med hjälp av transmissionselektronmikroskopi (TEM). Partiklarna är sfäriska och enhetliga i storlek. Skala bar = 100 nm. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 2 /> Figur 2. SEM-bild av PLGA-magnetit SPIONs. PLGA-belagda magnetit SPIONs är ungefär 120 nm i diameter såsom ses genom svepelektronmikroskopi (SEM). Partiklarna är sfäriska och enhetliga i storlek. Skala bar = 500 nm. Klicka Vänligen här för att se en större version av denna siffra.

Figur 3
Figur 3. TEM bild av en magnetiskt märkt endotelcell. En magnetiskt märkta blod utväxt endotelcell visualiseras genom transmissionselektronmikroskopi (TEM). De SPIONs är naturligt endocytoseras av cellerna och lagras i små kluster inom cytoplasmiska endosomer. Vänster skala bar = 2 pm och höger skala bar = 0,5 pm. Åter ut med tillstånd från 24./files/ftp_upload/53099/53099fig3large.jpg "target =" _ blank "> Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 4
Figur 4. Fluorescensmikroskopi bild av magnetisk cell capture. Magnetiskt märkta endotelceller lockas till ett ferromagnetiskt vaskulär stent (höger) på en betydligt högre hastighet än en icke-magnetiskt stent (vänster). Skalstrecken = 100 | am. Re-print med tillstånd från 24. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Som med alla nanopartiklar syntesprotokoll, är renheten hos de reagerande kemikalier avgörande för att uppnå hög kvalitet SPIONs som kommer att ha minimala cytotoxiska effekter. Det är därför viktigt att köpa mycket rena reagenser inklusive oljesyra (≥99%), järn (II) klorid-tetrahydrat (≥99.99%), järn (III) klorid (≥99.99%), etylacetat (HPLC-kvalitet, ≥99.9% ), hexan (HPLC-kvalitet, ≥97.0%), ammoniumhydroxid (≥99.99%) och natriumsulfat (≥99.0%). Det är särskilt viktigt att köpa mycket ren och högkvalitativ PLGA, som kan vara relativt dyrt. Dessutom måste alla glasvaror noggrant tvättades med saltsyra, avjoniserat vatten och etylalkohol och fick torka före användning.

På liknande sätt renings- och tvättstegen inom protokollet är avgörande för att säkerställa de slutliga SPIONs kommer att vara av hög kvalitet och har minimala cytotoxiska effekter. Den magnetit gel måste vara fri frånså mycket ammoniumhydroxid, vatten, och hexan som möjligt innan beläggning med PLGA. Följaktligen är mycket av protokollet är ägnat att säkerställa renheten hos magnetit gelén. Därefter måste de PLGA-magnetit SPIONs vara fri från etylacetat, Pluronic, och överskott av PLGA. De slutliga spion tvättsteg är den mest tidskrävande delen av protokollet, men måste kompletteras för att säkerställa hög renhet. Specifikt kan magnetisk uppsamling av partiklarna under varje tvättsteg vara mycket tidskrävande. Omröring av lösningen kan kraftigt öka hastigheten på partikeluppsamlings, men magnetiska omrörare kan inte användas. Omrörarmotorer arbetar vid låg hastighet är det mest effektiva medlet för snabb insamling partikel. Säkerställa en stor brunaktig samling SPIONs visas på magneten och lösningen är vit eller klar innan dekantering. Detta kan ofta kräva flera timmars omröring, men kommer att resultera i en högre slutligt utbyte. De magnetiska dekantering steg tjänar också till att säkerställa att endast magnETIC partiklar kvarhålles medan alla icke-magnetiska material kasseras.

För höga järnnivåer kan vara cytotoxiska, så mängden magnetiska massan som kan bibringas en cell med användning av denna teknik är begränsad. Koncentrationen av järn kan behöva minskas för särskilt känsliga celltyper eller ökas för särskilt svaga magnetfält, men det protokoll som beskrivs här ger en beprövad utgångspunkt för att balansera säkerhet och effekt. De SPIONs syntetiserade av detta protokoll är tillverkade av en lösning med en 01:15 förhållandet i massa av magnetit till PLGA och SPIONs introduceras till celler i en koncentration av 200 | ig / ml av cellodlingsmedium. Endera av dessa parametrar kan justeras för att förändra mängden järn endocytoseras av varje cell efter behov.

SPIONs utgör någon risk för implantation och kommer att brytas med tiden (halveringstid på ungefär 40-50 dagar) 31. Både magnetit och PLGA bildar ofarliga Degradation produkter och tas bort från kroppen via naturliga vägar 32. Den biologiskt nedbrytbara naturen hos de SPIONs: alla cytotoxiska effekter kommer att minska med tiden, men begränsar också potentiella tillämpningar för dem som inte kräver celler att bibehålla sina magnetiska egenskaper utöver några månader. SPIONs har också fördelen av märkning av celler och förläna deras magnetiska effekter utan behovet av ytproteiner eller målsökande ligander som är mottagliga för bildningen av ett protein korona vid exponering för den biologiska miljön 33,34.

Ge magnetiska egenskaper till celler är användbar för ett brett spektrum av biomedicinska tillämpningar som kräver riktade cell leverans eller sortering 29. En mängd olika celltyper har visat förmåga att på ett säkert sätt endocytose SPIONs inklusive mesenkyma stamceller 35, endoteliala progenitorceller 36, beta öceller 37, och neurala stamceller 38. Magnetisk cell inriktning kan vara att föredra framför andra cellmåls tekniker när en hög grad av kontroll över leveransvillkor är nödvändig.

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).
Cell Märkning och inriktning med superparamagnetiska nanopartiklar av järnoxid
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).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