Abstract
Denne artikkelen rapporterer de skadelige effektene av magnetisk jern-oksid nanopartikler (MNP) på magnetisk merkede kreftceller når den utsettes for oscillerende gradienter i et sterkt ytre magnetfelt. Humane brystkreft MDA-MB-231-celler ble merket med MNP som er lagt inn i den høye magnetfelt, og utsatt for oscillerende gradienter som genereres av et avbildnings gradient-system av en 9.4T preklinisk MRI-system. Forandringer i cellemorfologi og en reduksjon i cellelevedyktighet ble påvist i celler behandlet med oscillerende gradienter. Cytotoksisiteten ble bestemt kvalitativt og kvantitativt ved mikroskopiske avbildning og celleviabilitet analyser. En tilnærmet 26,6% reduksjon i cellelevedyktighet ble påvist i magnetisk merkede celler som er utsatt for den kombinerte effekten av et statisk magnetfelt og oscillerende gradienter. Ingen reduksjon i cellelevedyktighet ble observert i umerkede celler utsatt for gradienter, eller i MNP-merkede celler i det statiske magnetfeltet. Slik det ble ikke observert noen økning i lokal temperatur, celleskader ikke var et resultat av hypertermi. Foreløpig anser vi det sammenhengende bevegelse av internalisert og aggregerte nanopartikler som produserer mekaniske øyeblikk som en mulig mekanisme for celle ødeleggelse. Dannelsen og dynamikken av de intracellulære aggregater av nanopartikler ble visualisert ved hjelp av optisk og transmisjonselektronmikroskopi (TEM). Bildene viste en rask dannelse av langstrakte MNP aggregater i cellene, som ble justert med det ytre magnetfelt. Denne strategien gir en ny måte å utrydde en bestemt populasjon av MNP-merkede celler, potensielt med magnetic resonance imaging veiledning ved hjelp av standard MR-utstyr, med minimale bivirkninger for verts
Citation. Hapuarachchige S, Kato Y, Ngen EJ Smith B, Delannoy M, Artemov D (2016) ikke-Temperatur effekter fremkalt av magnetisert jernoksid nanopartikler i vekslende magnetfelt i kreftceller. PLoS ONE 11 (5): e0156294. doi: 10,1371 /journal.pone.0156294
Redaktør: Bing Xu, Brandeis University, USA
mottatt: 25 januar 2016; Godkjent: 12 mai 2016; Publisert: 31. mai 2016
Copyright: © 2016 Hapuarachchige et al. Dette er en åpen tilgang artikkelen distribueres under betingelsene i Creative Commons Attribution License, som tillater ubegrenset bruk, distribusjon og reproduksjon i ethvert medium, forutsatt den opprinnelige forfatteren og kilden krediteres
Data Tilgjengelighet:. All relevant data er i avisen og dens saksdokumenter filer
Finansiering:.. Dette arbeidet ble støttet av forskningsmidler KG100594 fra Susan G. Komen for Cure og CA154738 fra National Institutes of Health
konkurrerende interesser: forfatterne har erklært at ingen konkurrerende interesser eksisterer
Innledning
Søknad om magnetiske nanopartikler (MNP), for eksempel superparamagnetiske jernoksid nanopartikler (spion), i biomedisin er kontinuerlig utvide grunn. til sine unike egenskaper, som inkluderer: biokompatibilitet og magnetisk samhandling med eksterne magnetiske felt som kan generere bilde kontrast i magnetisk resonans imaging (MRI) [1,2,3], samt termiske [4] og mekaniske effekter [5,6 ]. Pattedyrceller kan effektivt ladet med MNP ved hjelp av forskjellige merkingsprotokoller [3,7,8]. MR kontrast genereres av MNP har blitt brukt for MR sporing av transplanterte cellene i prekliniske modeller [9,10,11] og kliniske innstillinger [12]. Typiske konsentrasjoner jern i størrelsesorden 5-10 pg jern /celle, som brukes for
in vivo
MR, ikke synes å resultere i cytotoksisitet eller hindret differensiering av pluripotente stamceller [13], selv om en redusert chondrogenic potensial av de magnetisk merkede stamceller ble observert [14]. Flere spion formuleringer består av magnetitt /maghemite (Fe
3O
4 /Fe
2o
3), belagt med dekstran (Feridex
®) eller karboksydekstran (Resovist
®), har blitt godkjent for klinikken [15,16].
en unik egenskap ved Spion er effektiv generering av varme når de utsettes for et vekslende magnetfelt (AMF), som kan brukes til terapeutiske anvendelser [17] . Mekaniske krefter som genereres ved interaksjonen av Spion med en gradient magnetfelt har også blitt brukt for flere anvendelser, blant annet magnetiske pinsett, nanosensing, magnetisk celleseparasjon, spesifikk levering av gener og terapeutiske midler, og mekaniske modulering i celler [5,6,18 , 19,20,21,22] eller tumormodeller [23]. Lav styrke magnetiske felt har også blitt brukt til å ødelegge humane tumorceller med polymer-belagt, med flere vegger karbon nanorør [24]. Effekten av AMF på overlevelsesevnen av celler merket med MNP uten en temperaturøkning har også blitt rapportert [25,26,27].
Her viser vi en ny strategi for ødeleggelsen av MNP-merkede celler etter å utsette dem for å oscillere gradienter av et magnetisk felt i nærvær av et statisk magnetfelt mette. I denne rapporten vurderer vi denne metoden
in vitro
i dyrkede trippel-negativ brystkreft MDA-MB-231 celler. Vi hypotese at mekanismen for celle ødeleggelse er mediert av direkte mekaniske krefter som frembringes av den magnetiske vekselvirkning mellom MNP aggregater med gradient-feltet, og er ikke relatert til AMF-hypertermi. Derfor bør denne teknikken selektivt ødelegge målrettet MNP-merkede celler med minimal effekt på nabo umerkede celler.
Materialer og metoder
Nanopartikler
For denne studien, Bionized NanoFerrite (BNF ) superpara jernoksid MNP, belagt med stivelse (slett overflate, 80 nm i diameter), ble kjøpt fra Micromod Partikeltechnologie GmbH, Rostock, Tyskland, og brukes uten ytterligere modifikasjon. Forrådsoppløsningen har en jernkonsentrasjon på 13,7 mg /ml, og BNF MNP ha en typisk masse magnetiseringen av 49 A m
2 /kg Fe ved 79500 A /m; et metningsmagnetiser μ
satt 76 A m
2 /kg Fe magnetfelt H 7,95 • 10
5 A /m; og tvangsmulkt feltet Hc = 449 A /m.
Pulse sekvens
Fig 1A viser det eksperimentelle oppsettet i en høy magnetisk felt B
0 = 9.4T av et preklinisk MR system. En gradient pulssekvens er vist i figur 1B ble utviklet ved hjelp av Paravision programmeringsmiljøet og som er installert på en 9.4T Bruker Biospec-system utstyrt med et gradientsystem G060 (60 mm indre diameter, 95 g /cm maksimal stigning styrke, og 50 us stigetid ). Gradienten sekvens, som genererte en oscillerende G
z-gradient, ble påført på prøvene i omtrent 60 min, med en driftssyklus på 7%. Den termiske effekten av behandlingen ble undersøkt i agarose prøver fremstilt i saltløsning (0,9% NaCl i renset H
2o) med og uten MNP (100 ug /ml), ved bruk av en neddykket termoelement-probe. Prøvene ble plassert i en sirkulerende vannkammer med temperaturen innstilt på 37 ° C. De temperaturendringer i MNP-agarose prøver ble sammenlignet med kontroller uten agarose MNP (figur 1C).
(A) Skjematisk fremstilling av det terapeutiske system. (B) Gradient pulssekvens benyttes i høy magnetisk felt. (C) Endringer i lokale temperaturer i agarose prøver tilberedt med (100 mikrogram /ml) og uten MNP.
kreftceller
Menneskelig brystkreft MDA-MB-231 celler (ATCC ) ble dyrket i DMEM (Cellgro) medium supplementert med 1% penicillin-streptomycin og 10% FBS, og holdt ved 37 ° C i en fuktet atmosfære inneholdende 5% CO
2 med mindre annet er nevnt. Tredje og fjerde avsnitt av celler med 70-80% konfluens ble brukt til avbildning og terapeutiske eksperimenter. Celler ble sådd ut i fire-brønners kammerobjektglass (1 x 10
5-celler /brønn) dyrket i 24 timer til ca 75% konfluens, og ble merket med MNP følger en etablert protokoll [28]. I korthet, 9 ul av MNP (27,4 mg /ml) ble forsiktig omrørt med 2,5 ul poly-l-lysin (PLL, 1,5 mg /ml) i 10 ml cellekulturmedium ved romtemperatur i en time, for en endelig MNP-konsentrasjon på 25 ug /ml, noe som resulterte i dannelsen av fysisk bundet MNP-PLL-komplekser. I denne studien ble cellene inkubert i dette mediet for 24 timer ved 37 ° C og skylles grundig med PBS, og rettene ble levert med ferske media. Cellen Merkingen ble bekreftet ved prøyssiske blå farging (figur 2A). På grunnlag av induktivt koblet plasma massespektrometrisk analyse (ICP-MS), denne metoden resulterer i en jern opplasting per celle av 14,8 ± 1,7 pg [11,29].
(A) prøysser blå farging av umerket (i ) og MNP-merkede (ii) celler. (B) MNP-merkede celler før behandling (i) og umiddelbart etter behandlingen (ii).
Stabilitet av nanopartikler
Kjemisk stabilitet MNPS og deres stivelse-belegg ble studert ved å måle den hydrodynamiske diameter av partiklene (MNP 25,0 ug /ml i DMEM) ved å anvende dynamisk lysspredning (DLS) MALVERN nano ZS90 Zetasizer før og etter eksponering for oscillerende gradienter.
Virkning av de oscillerende gradienter på MNP -merkede kreftceller
LIVE /DEAD
® celle bildebehandling.
levedyktighet av celler etter 24 timer etter eksponering for gradienter i horisontalboring magnet av 9.4T Bruker MR spektrometer ble kvalitativt analysert av LIVE /DEAD
® (Life Technologies, Inc.) i celle mikroskopi eksperimenter. I denne studien MNP-merkede eller umerkede MDA-MB-231-celler dyrket i fire-brønners kammerobjektglass ble eksponert for gradienten behandling, som beskrevet ovenfor, og inkubert i 24 timer. Mediene ble erstattet av LIVE /DEAD
® cell imaging blanding følge produsentens protokoll. Cellekulturene ble inkubert i 20 min og avbildes ved fluorescens mikroskop ved hjelp av grønn (levende celler) og rød (døde celler) kanaler.
MTS analysen.
levedyktighet av celler etter graderingen behandling ble kvantitativt analysert ved MTS-analyse. MDA-MB-231 celler i fire-brønners kammerobjektglass ble eksponert for gradienten behandling og inkubert i 24 timer. Mediene ble erstattet med 10% MTS i medium og inkubert i to timer. Absorbansen av mediet ble målt ved 490 nm. Prosentandelene av døde celler ble beregnet i forhold til den levedyktige celletall i den umerkede og ubehandlet cellepopulasjon.
Transmisjonselektronmikroskopi (TEM)
TEM ble benyttet for å studere justeringen av internalisert MNP langs det magnetiske felt. De MNP-merkede celler ble plassert i boringen av en 4.7T Bruker MRI-spektrometer (indre diameter på 40 cm) i 60 min, for å indusere en innretting av internalisert MNP langs det magnetiske felt. Den store boringen til magneten tillot manipulasjoner med cellene, mens i det magnetiske felt. Etter dette ble cellene fiksert mens de fortsatt i magneten, ved hjelp av en 0,1 M natrium-kakodylat-buffer-løsning (pH 7,2) inneholdende 2,5% glutaraldehyd, 3 mM CaCl
2, og 1% sukrose, i en time. Deretter ble cellene vasket tre ganger med en 0,1 M natrium-kakodylat-buffer-løsning (pH 7,2) i 15 min. De cellulære lipidmembraner ble deretter fiksert med en 1% kaliumpermanganat-oppløsning i 30 minutter, på is, og i mørket. Cellene ble neste skylles med avionisert vann, dehydrert i en gradert serie av etanol, og innebygd i en Eponate 12 harpiks (Ted Pella Incorporated, Redding, CA, USA). Etter dette ble prøvene polymerisert mens de fortsatt i magneten ved 37 ° C i 48 timer for å bevare orienteringen, og strukturen av internalisert MNP. Rettene ble opprettholdt i samme posisjon og orientering i magneten, gjennom hele prosessen. De stive Prøvene ble så fjernet fra magneten og ytterligere polymerisert ved 60 ° C i 24 timer. Etter polymerisasjonstrinnet, ble tynne snitt (60-90 nm) kuttet med en diamant kniv på Reichert-Jung ULTRACUT E ultramicrotome og plukket opp med nakne 200-mesh kobber nett. Rister ble deretter observert på et Philips CM120 TEM ved 80 kV.
Optisk mikroskopi
For optiske mikroskopistudier, MDA-MB-231-celler ble dyrket til ~ 80% konfluens i fire brønner kammer lysbilder. Cellene ble deretter merket med MNP som beskrevet ovenfor, skyllet grundig med PBS, og friskt medium ble plassert i brønnene. Cellene ble deretter plassert i boringen av en 9.4T Bruker spektrometer MRI i 30 minutter, og fikseringsprosessen ble utført som beskrevet ovenfor. Men etter dehydratiseringstrinnet, ble polymeriseringen trinnet utelates, og objektglassene ble montert med en Permount monteringsmedium (Fisher Scientific, Pittsburgh, PA), mens de fortsatt i magneten. Orienteringen av kammer lysbildene i magneten ble opprettholdt under hele prosessen. Etter dette ble prøvene avbildes med et Nikon Eclipse TS100 mikroskop.
omorganisering og justering dynamikk MNP aggregater ble også studert i levende MDA-MB-231-celler dyrket og merket med MNP, som beskrevet ovenfor. Celler i fire-brønners mikros kammers objektglass ble plassert inne i et 9.4T MRI-magnet ved 37 ° C i en variabel mengde tid, og lys-mikroskopi ble utført umiddelbart etter at B
0 eksponering ved hjelp av et invertert mikroskop med 40x objektiv. Ekstrem forsiktighet ble brukt til å laste inn og langsomt fjerne prøvene fra magneten boring parallelt med magnetaksen, og samtidig opprettholde nærhet til aksen for å hindre eventuelle endringer i klyngen orientering på grunn av magnetisk moment. Bilder ble omgjort til 16-bits gråskala og behandlet med NIH ImageJ programvare for å utlede den retningen parameter som rapporterer den foretrukne orienteringen av strukturer stede i inngangsbildet ved hjelp av en standard ImageJ retningen plugin. Kort, beregner denne plugin den foretrukne orienteringen av strukturer som finnes i bildet. Den beregner et histogram som viser den relative antall av strukturer i en gitt retning [30,31]. Optisk mikroskopi bilder ble ervervet før og etter 2, 5, 10, 20, 30, 45 og 60 minutters eksponering for det magnetiske felt.
Statistisk analyse
Triplikate uavhengige eksperimenter ble utført for de statistiske analysene. En to-tailed Student
t
-test ble brukt til å analysere endringer i celle levedyktighet. Forskjellen ble betraktet som signifikant når
p
-verdi var. 0,05
Resultater
Cell merking ble bekreftet av prøyssiske blå flekker og cellene forble friske og viste ingen endring i morfologi (fig 2) før behandlingen. Ifølge Li
et al
. på minst 400 ug /ml av ubelagt MNP med 24 timers inkubasjon er nødvendig for signifikant cytotoksisitet i kreftceller [32]. Vi har inkuberes cellene i dette mediet som inneholder 25 mikrogram /ml MNP-PLL komplekser opp til 5 dager og observert noen MNP cytotoksisitet. Umiddelbart etter gradient behandling, ble en betydelig mengde av merkede cellene løsnet fra kammeret overflate og morfologien av cellene som forble festet ble vesentlig endret (figur 2B). Den maksimale celleskader ble observert for den høyeste graderingen bytter frekvens,
f
, tillates av maskinvare (
f product: ~ 5,4 kHz). LIVE /DEAD
® celle mikroskopi-analyse viste en signifikant mengde av døde celler i MNP-merkede og behandlet cellepopulasjon sammenlignet med umerket behandlede cellepopulasjon ved 24 timer etter behandlingen (figur 3). Umerket, behandlet gradient, og MNP-merket, ble ubehandlede MDA-MB-231-celler anvendt som kontroller for alle studiene, og ingen cytotoksisitet til styre MDA-MB-231-celler ble observert som vist i S1 bilag. Ingen temperaturøkning ble detektert i løpet av behandlingen i den MNP-agarose prøve, eller i agarose med innhold av MNP (figur 1C). Derfor er de detekterte cellulære effekter ble sannsynligvis forårsaket av den direkte mekaniske påvirkning av MNP og ikke ved en termisk effekt under behandlingen. I tillegg observerte vi ingen endring i hydrodynamiske diameter av partiklene før og etter gradient behandlinger (S2 vedlegg). Derfor kan de observerte cellulære effektene ikke være relatert til potensielle toksisitet av ubestrøket jern-oksid nanopartikler.
(A) LIVE /DEAD
® celle mikroskopiske bilder av MNP-merket, behandlede celler etter 24 timer. (I) Fasekontrast optisk bilde, (ii) fordeling av levende celler, (iii) fordeling av døde celler, og (iv) fusjonerte bilde. (B) LIVE /DEAD
® celle mikroskopiske bilder av umerkede, behandlet celler etter 24 timer. (I) fasekontrast optisk bilde, (ii) distribusjon av levende celler, (iii) fordeling av døde celler, og (iv) fusjonerte bilde.
Livskraftig av MDA-MB-231 celler etter behandlingen ble også evaluert ved MTS-analysen (figur 4). Vi observerte 26,6% av døde celler i MNP-merkede, behandlet cellepopulasjonen etter 24 timer ved behandlingen. Prosentandelen av døde celler i umerkede /behandlede celler og MNP-merkede /ubehandlede celler var 5,3% (p 0,05) og 3,4% (p 0,05), respektivt. Prosentandelene av døde celler ble beregnet i forhold til den cellepopulasjon på umerkede /ubehandlede prøver. Endringer i celleviabilitet ble ansett som statistisk signifikant for
p
verdier mindre enn 0,05.
Andelen av døde celler i MNP-merket /behandlet, umerket /behandlet, og MNP-merket /ubehandlet MDA -MB-231-celler ble målt med hensyn til det umerkede /ubehandlet cellepopulasjon.
TEM-analyse av MNP-merkede celler, holdt ved en 4.7T ytre magnetfelt, viste dannelse av langstrakte MNP strukturer med diametre på ~ 170 nm og lengder på ~ 700 nm (figur 5A), sammenlignet med prøvene som ikke utsettes for det magnetiske felt (figur 5B). Disse strukturene bestod av 250-300 MNP partikler hovedsakelig funnet i slutten endosomal avdelinger, og ble orientert parallelt med B
0 magnetfelt og anvendt G
z gradienter. Optiske bilder (ved hjelp av Nikon Eclipse TS100 mikroskop CCD-kamera, og behandles av NIH ImageJ programvare) av de merkede celler viste at MNP strukturer kan også oppløses ved optisk mikroskopi.
optisk mikroskopi og TEM-mikrografer av orienteringen av MDA-MB-231 celler inkubert (A) på B
0 = 4.7T magnetfelt (i) optisk bilde på 40x, (ii) TEM på 17,500x (skala bar, 500 nm), og (iii) TEM på 65,000x (skala bar, 100 nm), eller (B) på en ikke-magnetisk tilstand (i) optisk bilde på 40x, (ii) TEM på 17,500x (skala bar, 500 nm), og (iii) TEM på 65000 x (skala bar, 100 nm).
mikroskopiske bilder av MNP-merkede celler innhentes før og etter eksponering for 9.4T feltet (37 ° C, 30 min, ved hjelp av en bruker Biospec 9.4T preklinisk MRI-system) er vist i figur 6A. En retnings histogram er vist i figur 6B, og endringer i retningen parameter ved vinkelen 0 ° (parallell til magnetisk felt) som en funksjon av magnetisk eksponeringstiden er vist i figur 6C. Det ble observert en typisk orientering omorganisering tiden av 39 minutter i 9.4T magnet (
R
2 = 0,92).
(A) Eksempel på bilder som brukes til å evaluere den magnetiske retningen på MNP aggregater i MDA-MB-231-celler ved
t = 0
og
t = 30
min etter eksponering til det ytre magnetfelt (B
0 = 9.4T). (B) Retnings histogram på
t = 30
min. (C) Endring i retningen (AU) med magnet tid,
t product: (min).
Diskusjoner
Den observerte celle ødeleggelse av gradienten behandling ble tilskrevet til samspillet mellom magnetisert MNP aggregater med eksterne gradient felt. En detaljert beskrivelse av de mekaniske virkninger av kombinasjonen av de statiske og magnetiske felt gradient på nanopartikler ble rapportert av Carrey et al. [6]. Kort beskrevet i våre eksperimenter, det magnetiske feltet (
B
0
) mettet magnetkjernen i nanopartikkelen til sin maksimale verdi av μ
sat
. Ved denne tilstanden, kraften på nanopartikkel produsert av gradient,
dB
0
/DR
, kan utledes som (1) der
V
er partikkel volum og
M
satte
er den volumetriske mettet magnetisering [33] (S3 vedlegg). En enkel beregning av magnetisk kraft for en enkelt MNP med en diameter på 50 nm og en mette magnetisering
μ
0
M
satt
av ~ 1T, plassert i en gradient magnetfelt
G = dB /dr = 0
.
5 T /m
, resulterer i
F
≈ 10
-17 N. Denne kraft er vesentlig lavere enn den kraft som kreves for å ødelegge cellemembranen [6]. Derfor bare en synkron handling av magnetiske aggregater, som består av flere MNP, magnetisert av B
0 feltet og drevet av lyd frekvens gradienter, kan produsere effektiv celleskader. I dette tilfelle er en økning av den mekaniske kraft ved hjelp av minst flere størrelsesordener forventet på grunn av det økte volumet og orienteringen av den langstrakte MNP aggregater langs det magnetiske felt og de anvendte gradienter. Den relativt lave frekvensen av anvendt gradienter,
f
, antyder den stasjonære regime for MNP interaksjon med magnetfeltet
1 /f
τ = m /K
f
, der
m
er massen av MNP og
K
f
er friksjonskraften av mediet med viskositet
η plakater (
Kf = 6πηR
) [6]. Det er også ganske sannsynlig at den frie drift av MNP aggregater som er internalisert i cellen er begrenset av de indre membraner av de cellulære avdelinger, slik som endosomer og lysosomer. ble påvist signifikant forbedrede virkninger av celledestruksjon for den valgte retning av gradienter, G
z, parallelt med det magnetiske feltet. Denne orienteringen induserer bevegelse av aggregatene langs sin lengdeakse med minimal motstand fra mediet, noe som resulterer i øket amplitude av bevegelsen og antagelig forbedrede celle effekter. Viktigere, bør det vekslende magnetfelt i dette tilfelle gi den høyeste effekt etter justeringen av de magnetiske aggregater med B
0 er fullført, slik det ble sørget for i våre forsøk.
Derfor er de viktigste virkninger av det statiske magnetfeltet B
0, noe som er av avgjørende betydning for de cellulære effekter av de oscillerende gradienter er: (i) metning av MNP magnetiseringen, noe som maksimerer den magnetiske kraft som utøves mot den MNP likning (1); og (ii) dannelse av supramolekylære aggregater som består av flere MNP, som i betydelig grad forsterker de magnetiske krefter i forhold til kraften på en enkelt magnetisk nanopartikkel.
Andre mulige mekanismer for celleskader på grunn av interaksjonen av det oscillerende magnetiske felt med MNP-merkede celler, slik som hysterese, induksjonsoppvarming av virvelstrømmer, og ferromagnetisk resonans, er beskrevet i S4 bilag og avsløre neglisjerbare effekter av oppvarming i magnetisk mettet MNP eller ledende cellevekstmedier, som er blitt bekreftet ved våre kontrollforsøk . Jerninnholdet av det merkede cellen var betydelig lavere enn den cytotoksiske nivået av belagt eller ubelagt MNP i kreftceller [32]. Den stivelse-belegg av nanopartikkelen er kjemisk tverrbundet, og gradienten behandling, som bare induserer delen bevegelse av nanopartikkel-sammenstillingene, ikke ødelegge belegget.
selektiv celledrap ved dreiebevegelse av magnetiske nanopartikler vedlagte til det lysosomale membranen via anti-LAMP1-antistoffer ble demonstrert av Zhang et al. [34]. Lavfrekvent (30 mT, 20 Hz) dynamiske magnetfelt som induseres rotasjon av 100 nm diameter LAMP1-spion og tilsynelatende apoptotisk celledød på grunn av rive av lysosomal membran [34]. Imidlertid, i denne metoden, MNP ble ikke magnetisk mettet ved det påførte magnetiske felt, og ikke danner aggregater som kan generere en betydelig forsterket mekanisk dreiemoment og krefter i forhold til de enkelte magnetiske nanopartikler. Faktisk analysen i Carrey et al. tyder på at en MNP med en diameter i um er nødvendig for å fremstille mekaniske krefter i piconewton området (
-12 N 10) når de utsettes for gradienten av et magnetisk felt av
G = 1 T /m
[6]. Dødelig skade på cellemembran fremstilt av et monoklonalt antistoff konjugert med det fotosensibiliserende ftalocyanin farvestoff, IRDye 700DX, har også blitt knyttet til mekaniske virkninger på cellemembranen [35,36].
Konklusjon
Samlet våre resultater viser at oscillerende gradienter kan selektivt ødelegge MNP-merkede celler plassert i en mettet magnetfelt. Teknikken er ikke basert på MNP-indusert hypertermi, og vi foreslår at effekten skyldes mekaniske krefter som genereres av internalisert MNP aggregater. Det er viktig å merke seg at for et eksternt magnetfelt B
0 som ligger over metningsfeltet, blir den magnetiske kraft ikke eksplisitt er avhengig av B
0, og fremgangsmåten skal gi en tilsvarende effekt for B
0 ≥ ~ 1.5T, som er typisk område for klinisk MRI. Denne rapporten tar et viktig første skritt mot fremtidige flere biomedisinske applikasjoner, inkludert ødeleggelse av kreft og transplanterte cellene. I tillegg MNP-merkede celler genererer sterk MR kontrast, noe som letter bildestyrt programmer for denne metoden.
Hjelpemiddel Informasjon
S1 bilag. LIVE /DEAD
® celle bilder av kontrollene. Product: (A) LIVE /DEAD
® celleanalyse på umerkede og magnetisk behandlede celler. (B) LIVE /DEAD
® celleanalyse på MNP-merket og ubehandlede celler eksponert for statiske magnetfelt B
0 kun
doi:. 10,1371 /journal.pone.0156294.s001 product: ( PDF)
S2 vedlegg. . Stabilitet av MNPS under graderingen behandling
Stabilitet av MNPS og deres stivelse-belegg ble undersøkt ved å måle hydrodynamiske diameter
doi:. 10,1371 /journal.pone.0156294.s002 product: (PDF)
S3 vedlegg. . magnetiske krefter
magnetisk kraft generert av en gradient magnetfelt på MNP
doi:. 10,1371 /journal.pone.0156294.s003 product: (PDF)
S4 vedlegg. Oppvarming effekter
oppvarming av ledende MNP i varierende magnetfelt
doi:.. 10,1371 /journal.pone.0156294.s004 product: (PDF)
Takk
forfatterne ønsker å takke Ms Mary McAllister for hennes hjelp med utarbeidelse av manuskriptet.
