Jump to content

Магнитофекция

Магнитофекция — это метод трансфекции , при котором магнитные поля используются для концентрации частиц, содержащих векторы , для нацеливания на клетки организма. [ 1 ] Магнитофекция была адаптирована к различным векторам, включая нуклеиновые кислоты , невирусные системы трансфекции и вирусы . Этот метод предлагает такие преимущества, как высокая эффективность трансфекции и биосовместимость , которые сбалансированы с ограничениями.

Механизм

[ редактировать ]

Термин «магнитофекция», в настоящее время зарегистрированный торговой маркой компании OZ Biosciences, объединяет слова «магнитный» и «трансфекция». [ 2 ] Магнитофекция использует нуклеиновые кислоты, связанные с магнитными наночастицами . Эти молекулярные комплексы затем концентрируются и транспортируются в клетки с помощью приложенного магнитного поля .

Магнитные наночастицы обычно изготавливаются из оксида железа , который полностью биоразлагаем с использованием таких методов, как соосаждение или микроэмульсия . [ 3 ] [ 4 ]

Затем наночастицы объединяются с векторами генов ( ДНК , миРНК , ОДН , вирус и т. д.). Один метод включает связывание вирусных частиц с магнитными частицами с помощью взаимодействия авидин - биотин . [ 5 ] Вирусы также могут связываться с наночастицами посредством гидрофобного взаимодействия . [ 6 ]

Другой метод синтеза включает покрытие магнитных наночастиц катионными липидами или полимерами посредством агрегации, индуцированной солью. Например, наночастицы могут быть конъюгированы с полиэтиленимином (ПЭИ) , положительно заряженным полимером, обычно используемым в качестве агента трансфекции. [ 7 ] Раствор PEI должен иметь высокий уровень pH во время синтеза, чтобы стимулировать высокую экспрессию генов. [ 8 ] Положительно заряженные наночастицы затем могут связываться с отрицательно заряженными нуклеиновыми кислотами посредством электростатического взаимодействия. [ 9 ]

Процесс магнитофекции. Магнит концентрирует наночастицы с генными векторами в клетках для трансфекции.

Клеточное поглощение

[ редактировать ]

Магнитные частицы, нагруженные векторами, концентрируются на клетках-мишенях под действием внешнего магнитного поля. Затем клетки естественным образом поглощают генетический материал посредством эндоцитоза и пиноцитоза . Следовательно, архитектура и структура мембраны остаются неизменными, в отличие от других методов физической трансфекции, таких как электропорация или генные пушки , которые повреждают клеточную мембрану. [ 10 ]

Затем нуклеиновые кислоты высвобождаются в цитоплазму с помощью различных механизмов в зависимости от используемого состава:

  1. эффект протонной губки, вызванный катионными полимерами, нанесенными на наночастицы, которые способствуют осмотическому набуханию эндосом , разрушению мембраны эндосом и внутриклеточному высвобождению формы ДНК,
  2. дестабилизация эндосомы катионными липидами, нанесенными на частицы, которые высвобождают нуклеиновую кислоту в клетки путем переворота клеточных отрицательных липидов и нейтрализации заряда и
  3. Механизм вирусной инфекции.

Магнитофекция работает с клетками, которые не делятся или делятся медленно, а это означает, что генетический материал может попасть в ядро ​​клетки без клеточного деления . [ 11 ]

Приложения

[ редактировать ]

Магнитофекция была протестирована на широком спектре клеточных линий , трудно поддающихся трансфекции и первичных клетках. [ 12 ] Несколько оптимизированных и эффективных составов магнитных наночастиц были специально разработаны для нескольких типов применений, таких как ДНК, миРНК и первичная трансфекция нейронов, а также вирусные применения. [ 13 ]

Исследования магнитофекции в настоящее время находятся на доклинической стадии. Этот метод в первую очередь был протестирован in vivo с использованием плазмидной ДНК на моделях мышей, крыс и кроликов для применения в гиппокампе, подкожных опухолях, легких, спинном мозге и мышцах. [ 14 ]

Нейральные стволовые клетки, растущие в культуре.

Некоторые приложения включают в себя:

  • Доставка гена GFP в первичные нейральные стволовые клетки , которые обычно трудно трансфицировать, с эффективностью 18% при использовании статического магнитного поля и эффективности 32% при использовании колеблющегося поля. [ 15 ]
  • Доставка олигодезоксинуклеотидов (ОДН) в эндотелиальные клетки пупочной вены человека с эффективностью 84%. [ 16 ]
  • Доставка миРНК в клетки HeLa для нокдауна репортерного гена люциферазы. [ 17 ]
  • Доставка аденовирусных векторов к первичным лимфоцитам периферической крови человека. [ 18 ]

Преимущества

[ редактировать ]

Магнитофекция пытается объединить преимущества биохимических (катионные липиды или полимеры) и физических ( электропорация , генная пушка ) методов трансфекции. Это обеспечивает местную доставку с высокой эффективностью трансфекции, более быстрым временем инкубации и биосовместимостью. [ 19 ]

Эффективность трансфекции

[ редактировать ]

Соединение магнитных наночастиц с генными векторами приводит к стократному увеличению поглощения этих векторов в течение нескольких минут, что приводит к высокой эффективности трансфекции. [ 20 ] Комплексы генного вектора и магнитных наночастиц трансфицируются в клетки через 10–15 минут, что быстрее, чем 2–4 часа, которые требуют другие методы трансфекции. [ 21 ] Через 24, 48 или 72 часа большая часть частиц локализуется в цитоплазме , в вакуолях (мембраны окружают структуру клеток) и иногда в ядре клетки . [ 22 ]

Биосовместимость

[ редактировать ]

Магнитные наночастицы с трудом агрегируются после удаления магнита и, следовательно, вряд ли блокируют капилляры или вызывают тромбоз . [ 23 ] Кроме того, оксид железа биоразлагаем, и железо можно повторно использовать в путях метаболизма гемоглобина или железа. [ 24 ] [ 25 ]

Недостатки

[ редактировать ]

Изменчивость частиц

[ редактировать ]

Синтез магнитных наночастиц иногда может привести к получению широкого спектра частиц разного размера. [ 26 ] Размер частиц может влиять на их полезность. В частности, наночастицы размером менее 10 нм или более 200 нм, как правило, выводятся из организма быстрее. [ 27 ]

Локализация in vivo

[ редактировать ]

Хотя магниты можно использовать для локализации магнитных наночастиц в нужных клетках, этот механизм может быть трудно поддерживать на практике. Наночастицы могут быть сконцентрированы в 2D-пространстве, например, на культуральной чашке или на поверхности тела, но локализовать их в 3D-пространстве тела может быть сложнее. Магнитофекция неэффективна для органов или кровеносных сосудов, находящихся вдали от поверхности тела, поскольку магнитное поле ослабевает с увеличением расстояния. [ 28 ] [ 29 ] Кроме того, пользователь должен учитывать частоту и время приложения магнитного поля, поскольку частицы не обязательно останутся в желаемом месте после удаления магнита. [ 30 ]

Цитотоксичность

[ редактировать ]

Хотя оксид железа, используемый для изготовления наночастиц, является биоразлагаемым, токсичность магнитных наночастиц все еще исследуется. Некоторые исследования не обнаружили никаких признаков повреждения клеток, в то время как другие утверждают, что небольшие (< 2 нм) наночастицы могут диффундировать через клеточные мембраны и разрушать органеллы. [ 31 ] [ 32 ]

Кроме того, очень высокие концентрации оксида железа могут нарушить гомеостаз и привести к перегрузке железом , что может повредить или изменить ДНК, повлиять на клеточные реакции и убить клетки. [ 33 ] Лизосимы также могут переваривать наночастицы и выделять свободное железо, которое может реагировать с перекисью водорода с образованием свободных радикалов, что приводит к цитотоксическим, мутагенным и канцерогенным эффектам. [ 34 ]

  1. ^ Планк С., Зельфати О., Михайлик О. (ноябрь 2011 г.). «Магнитно-усиленная доставка нуклеиновых кислот. Десять лет магнитофекции-прогресс и перспективы» . Обзоры расширенной доставки лекарств . 63 (14–15): 1300–1331. дои : 10.1016/j.addr.2011.08.002 . ПМК   7103316 . ПМИД   21893135 .
  2. ^ «МАГНИТОФЕКЦИЯ Торговая марка OZ BIOSCIENCES - Регистрационный номер 5116540 - Серийный номер 79182650 :: Торговые марки Justia» . товарные знаки.justia.com . Проверено 19 ноября 2021 г.
  3. ^ Арбаб А.С., Башоу Л.А., Миллер Б.Р., Джордан Э.К., Льюис Б.К., Калиш Х., Фрэнк Дж.А. (декабрь 2003 г.). «Характеристика биофизических и метаболических свойств клеток, меченных суперпарамагнитными наночастицами оксида железа и трансфекционным агентом для клеточной МРТ». Радиология . 229 (3): 838–846. дои : 10.1148/radiol.2293021215 . ПМИД   14657318 .
  4. ^ Маджиди С., Сехриг ФЗ, Фархани С.М., Голудже М.С., Акбарзаде А. (17 февраля 2016 г.). «Современные методы синтеза магнитных наночастиц». Искусственные клетки, наномедицина и биотехнология . 44 (2): 722–734. дои : 10.3109/21691401.2014.982802 . ПМИД   25435409 . S2CID   31332211 .
  5. ^ Мах С., Фрайтес Т.Дж., Золотухин И., Сонг С., Флотте Т.Р., Добсон Дж. и др. (июль 2002 г.). «Улучшенный метод доставки рекомбинантного AAV2 для системной таргетной генной терапии» . Молекулярная терапия . 6 (1): 106–112. дои : 10.1006/mthe.2001.0636 . ПМИД   12095310 .
  6. ^ Агопян К., Вэй Б.Л., Гарсия Дж.В., Габузда Д. (март 2006 г.). «Гидрофобная связывающая поверхность ядра Nef вируса иммунодефицита человека типа 1 имеет решающее значение для ассоциации с p21-активированной киназой 2» . Журнал вирусологии . 80 (6): 3050–3061. дои : 10.1128/jvi.80.6.3050-3061.2006 . ПМЦ   1395437 . ПМИД   16501114 .
  7. ^ Цуй Ю, Ли Х, Зельич К, Шань С, Цю Цз, Ван Цз (октябрь 2019 г.). «Влияние ПЭГилированных магнитных наночастиц PLGA-PEI на первичные нейроны гиппокампа: снижение нанонейротоксичности и повышение эффективности трансфекции с помощью магнитофекции». Прикладные материалы и интерфейсы ACS . 11 (41): 38190–38204. дои : 10.1021/acsami.9b15014 . ПМИД   31550131 . S2CID   202762218 .
  8. ^ Прозен, Лара; Прижич, Сара; Музыка, Бранка; Лавренцак, Яка; Чемазар, Майя; Серса, Грегор (3 июня 2013 г.). «Магнитофекция: воспроизводимый метод доставки генов в клетки меланомы» . БиоМед Исследования Интернэшнл . 2013 : e209452. дои : 10.1155/2013/209452 . ISSN   2314-6133 . ПМК   3686069 . ПМИД   23862136 .
  9. ^ Шерер Ф., Антон М., Шиллингер У., Хенке Дж., Бергеманн С., Крюгер А. и др. (январь 2002 г.). «Магнитофекция: усиление и нацеливание доставки генов с помощью магнитной силы in vitro и in vivo». Генная терапия . 9 (2): 102–109. дои : 10.1038/sj.gt.3301624 . ПМИД   11857068 . S2CID   1565485 .
  10. ^ Фус-Куява, Агнешка; Прус, Павел; Байдак-Русинек, Каролина; Тепер, Полина; Гаурон, Кэтрин; Ковальчук, Агнешка; Сиерон, Александр Л. (20 июля 2021 г.). «Обзор методов и инструментов трансфекции эукариотических клеток in vitro» . Границы биоинженерии и биотехнологии . 9 : 701031. doi : 10.3389/fbioe.2021.701031 . ISSN   2296-4185 . ПМЦ   8330802 . ПМИД   34354988 .
  11. ^ Фаджриал, Апресио К.; Он, Цин Цин; Вирусанти, Нурул И.; Слански, Джилл Э.; Дин, Сяоюнь (2020). «Обзор новых методов физической трансфекции для редактирования генов, опосредованного CRISPR/Cas9» . Тераностика . 10 (12): 5532–5549. дои : 10.7150/thno.43465 . ISSN   1838-7640 . ПМК   7196308 . ПМИД   32373229 .
  12. ^ Планк С., Антон М., Рудольф С., Рознекер Дж., Крец Ф. (август 2003 г.). «Усиление и нацеливание доставки нуклеиновых кислот с помощью магнитной силы». Экспертное мнение о биологической терапии . 3 (5): 745–758. дои : 10.1517/14712598.3.5.745 . ПМИД   12880375 . S2CID   865185 .
  13. ^ Планк, Кристиан; Зельфати, Оливье; Михайлик, Ольга (01 ноября 2011 г.). «Магнитно-усиленная доставка нуклеиновых кислот. Десять лет магнитофекции — прогресс и перспективы» . Обзоры расширенной доставки лекарств . Гибридные наноструктуры для диагностики и терапии. 63 (14): 1300–1331. дои : 10.1016/j.addr.2011.08.002 . ISSN   0169-409X . ПМК   7103316 . ПМИД   21893135 .
  14. ^ Сизиков А.А., Харламова М.В., Никитин М.П., ​​Никитин П.И., Колычев Е.Л. (апрель 2021). «Невирусные локально вводимые магнитные векторы для доставки генов in vivo: обзор исследований магнитофекции» . Наноматериалы . 11 (5): 1078. дои : 10.3390/nano11051078 . ПМК   8143545 . ПМИД   33922066 .
  15. ^ Пикард, Марк Р.; Адамс, Кристофер Ф.; Барро, Перрин; Чари, Дивья М. (2015). «Использование магнитных наночастиц для переноса генов в нервные стволовые клетки: метод размножения стволовых клеток влияет на результаты» . Журнал функциональных биоматериалов . 6 (2): 259–276. дои : 10.3390/jfb6020259 . ПМЦ   4493511 . ПМИД   25918990 .
  16. ^ Крёц, Флориан; Остроумие, Кор де; Сон, Хэ Ён; Залер, Стефан; Гло, Торстен; Поль, Ульрих; Планк, Кристиан (1 мая 2003 г.). «Магнитофекция — высокоэффективный инструмент для доставки антисмысловых олигонуклеотидов in vitro и in vivo» . Молекулярная терапия . 7 (5): 700–710. дои : 10.1016/S1525-0016(03)00065-0 . ISSN   1525-0016 . ПМИД   12718913 .
  17. ^ Шиллингер, Ульрика (2005). «Достижения в области магнитофекции - доставка нуклеиновых кислот под магнитным контролем» . Журнал магнетизма и магнитных материалов . 293 (1): 501–508. Бибкод : 2005JMMM..293..501S . дои : 10.1016/j.jmmm.2005.01.032 . S2CID   122076397 – через Elsivier.
  18. ^ Шерер, Ф.; Антон, М.; Шиллингер, У.; Хенке, Дж.; Бергеманн, К.; Крюгер, А.; Генсбахер, Б.; Планк, К. (2002). «Магнитофекция: усиление и нацеливание доставки генов с помощью магнитной силы in vitro и in vivo» . Генная терапия . 9 (2): 102–109. дои : 10.1038/sj.gt.3301624 . ISSN   1476-5462 . ПМИД   11857068 . S2CID   1565485 .
  19. ^ Планк, Кристиан; Зельфати, Оливье; Михайлик, Ольга (2011). «Магнитно-усиленная доставка нуклеиновых кислот. Десять лет магнитофекции — прогресс и перспективы» . Обзоры расширенной доставки лекарств . 63 (14): 1300–1331. дои : 10.1016/j.addr.2011.08.002 . ISSN   0169-409X . ПМК   7103316 . ПМИД   21893135 .
  20. ^ Шерер, Ф.; Антон, М.; Шиллингер, У.; Хенке, Дж.; Бергеманн, К.; Крюгер, А.; Генсбахер, Б.; Планк, К. (2002). «Магнитофекция: усиление и нацеливание доставки генов с помощью магнитной силы in vitro и in vivo» . Генная терапия . 9 (2): 102–109. дои : 10.1038/sj.gt.3301624 . ISSN   1476-5462 . ПМИД   11857068 . S2CID   1565485 .
  21. ^ Шерер, Ф.; Антон, М.; Шиллингер, У.; Хенке, Дж.; Бергеманн, К.; Крюгер, А.; Генсбахер, Б.; Планк, К. (2002). «Магнитофекция: усиление и нацеливание доставки генов с помощью магнитной силы in vitro и in vivo» . Генная терапия . 9 (2): 102–109. дои : 10.1038/sj.gt.3301624 . ISSN   1476-5462 . ПМИД   11857068 . S2CID   1565485 .
  22. ^ Сантори М.И., Гонсалес К., Серрано Л., Исалан М. (27 июня 2006 г.). «Локальная трансфекция с помощью магнитных шариков, покрытых продуктами ПЦР и другими нуклеиновыми кислотами». Протоколы природы . 1 (2): 526–531. дои : 10.1038/nprot.2006.74 . ПМИД   17406278 . S2CID   23641355 .
  23. ^ Вахаджуддин; Арора, Сумит (2012). «Суперпарамагнитные наночастицы оксида железа: магнитные наноплатформы как носители лекарств» . Международный журнал наномедицины . 7 : 3445–3471. дои : 10.2147/IJN.S30320 . ISSN   1176-9114 . ПМК   3405876 . ПМИД   22848170 .
  24. ^ Кастильо, Бецаида; Бромберг, Лев; Лопес, Хаира; Бадилло, Валери; Гонсалес Фелисиано, Хосе А.; Гонсалес, Карлос И.; Хаттон, Т. Алан; Барлетта, Габриэль (30 августа 2012 г.). «Внутриклеточная доставка миРНК поликатионными суперпарамагнитными наночастицами» . Журнал доставки лекарств . 2012 : e218940. дои : 10.1155/2012/218940 . ISSN   2090-3014 . ПМЦ   3437298 . ПМИД   22970377 .
  25. ^ Вахаджуддин; Арора, Сумит (2012). «Суперпарамагнитные наночастицы оксида железа: магнитные наноплатформы как носители лекарств» . Международный журнал наномедицины . 7 : 3445–3471. дои : 10.2147/IJN.S30320 . ISSN   1176-9114 . ПМК   3405876 . ПМИД   22848170 .
  26. ^ Прозен, Лара; Прижич, Сара; Музыка, Бранка; Лавренцак, Яка; Чемазар, Майя; Серса, Грегор (3 июня 2013 г.). «Магнитофекция: воспроизводимый метод доставки генов в клетки меланомы» . БиоМед Исследования Интернэшнл . 2013 : e209452. дои : 10.1155/2013/209452 . ISSN   2314-6133 . ПМК   3686069 . ПМИД   23862136 .
  27. ^ Йетисгин, Абузер Альп; Цетинель, Сибель; Зувин, Мерве; Косар, Али; Кутлу, Озлем (2020). «Терапевтические наночастицы и их целевая доставка» . Молекулы . 25 (9): 2193. doi : 10,3390/molecules25092193 . ПМЦ   7248934 . ПМИД   32397080 .
  28. ^ Вахаджуддин; Арора, Сумит (2012). «Суперпарамагнитные наночастицы оксида железа: магнитные наноплатформы как носители лекарств» . Международный журнал наномедицины . 7 : 3445–3471. дои : 10.2147/IJN.S30320 . ISSN   1176-9114 . ПМК   3405876 . ПМИД   22848170 .
  29. ^ Махмуди, Мортеза; Сант, Шилпа; Ван, Бен; Лоран, Софи; Сен, Тапас (1 января 2011 г.). «Суперпарамагнитные наночастицы оксида железа (SPION): разработка, модификация поверхности и применение в химиотерапии» . Обзоры расширенной доставки лекарств . 2011 Сборник редакции. 63 (1): 24–46. дои : 10.1016/j.addr.2010.05.006 . ISSN   0169-409X . ПМИД   20685224 .
  30. ^ Шнайдер-Фучик, Елена К.; Рейес-Ортега, Фелиса (2021). «Преимущества и недостатки использования магнитных наночастиц для лечения сложных заболеваний глаз» . Фармацевтика . 13 (8): 1157. doi : 10.3390/pharmaceutics13081157 . ПМЦ   8400382 . ПМИД   34452117 .
  31. ^ Вэй, Хао; Ху (2021 г.). «Суперпарамагнитные наночастицы оксида железа: магнитные наноплатформы как носители лекарств» . Международный журнал наномедицины . 7 : 3445–3471. дои : 10.2147/IJN.S30320 . ISSN   1178-2013 . ПМК   3405876 . ПМИД   22848170 .
  32. ^ Вахаджуддин; Арора, Сумит (6 июля 2012 г.). «Суперпарамагнитные наночастицы оксида железа: магнитные наноплатформы как носители лекарств» . Международный журнал наномедицины . 7 : 3445–3471. дои : 10.2147/IJN.S30320 . ПМК   3405876 . ПМИД   22848170 .
  33. ^ Вальдиглесиас, Ванесса; Килич, Гёзде; КОСТА, Карла; Фернандес-Бертолес, Наталья; ПАСАРО, Эдуардо; ТЕЙШЕЙРА, Жуан Паулу; Лаффон, Бланка (2015). «Влияние наночастиц оксида железа: цитотоксичность, генотоксичность, токсичность для развития и нейротоксичность» . Экологический и молекулярный мутагенез . 56 (2): 125–148. дои : 10.1002/em.21909 . ISSN   1098-2280 . ПМИД   25209650 . S2CID   46117152 .
  34. ^ Тоёкуни, Шинья (1 января 1996 г.). «Железоиндуцированный канцерогенез: роль окислительно-восстановительной регуляции» . Свободнорадикальная биология и медицина . 20 (4): 553–566. дои : 10.1016/0891-5849(95)02111-6 . ISSN   0891-5849 . ПМИД   8904296 .

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]

См. также

[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 5bb0dc23b54b750694d85a839113403e__1693458180
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/5b/3e/5bb0dc23b54b750694d85a839113403e.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Magnetofection - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)