Krooninen sairaus

tiivistelmä

Seuraavassa käsitellään haitallisista vaikutuksista magneettinen rauta-oksidi nanohiukkasten (MNP) magneettisesti leimattuja syöpäsolujen kun se altistetaan värähtelevän kaltevuudet vahva ulkoinen magneettikenttä. Ihmisen rintasyöpä MDA-MB-231-solut leimattiin MNP sijoitettu voimakas magneettikenttä, ja alistettiin värähtelevän kaltevuudet syntyy kuvantamis- gradienttisysteemi on 9.4T prekliinisten MRI-järjestelmän. Muutokset solujen morfologia ja vähentää solujen elinkelpoisuuden havaittiin soluissa, joita käsiteltiin värähtelevän kaltevuudet. Sytotoksisuus määritettiin kvalitatiivisesti ja kvantitatiivisesti mikroskooppisen kuvantaminen ja solujen elinkelpoisuuden määritykset. Noin 26,6% vähennys solujen elinkelpoisuuden havaittiin magneettisesti merkityt solut altistettiin yhdistetty vaikutus staattisen magneettikentän ja värähtelevän kaltevuudet. Ei väheneminen solujen elinkelpoisuuden havaittiin leimaamattomia soluja altistetaan kaltevuudet tai MNP-leimattujen solujen staattisessa magneettikentässä. Koska ei lisätä paikallista lämpötilan havaittiin, soluvaurioita ei ollut seurausta lämmönnousua. Tällä hetkellä pidämme yhtenäinen liike sisäistetty ja yhteen nanohiukkasia, jotka tuottavat mekaanista hetket mahdollisena mekanismi solujen tuhoutumisen. Muodostumista ja dynamiikka solunsisäisen nanopartikkeliaggregaattien visualisoitiin optiset ja transmissioelektronimikroskopia (TEM). Kuvat paljasti nopean muodostumisen pitkänomaisen MNP aggregaatit soluissa, jotka oli kohdistettu ulkoisen magneettikentän. Tämä strategia on uusi tapa hävittää tietty populaatio MNP-leimattujen solujen, mahdollisesti magneettikuvaus ohjausta tavallisilla MRI laitteet, mahdollisimman vähän sivuvaikutuksia isäntä.

Citation: Hapuarachchige S, Kato Y, Ngen EJ, Smith B, Delannoy M, Artemov D (2016) Ei-Lämpötilan vaikutus niihin Magnetisoitu rautaoksidi nanohiukkasten Vuorotellen magneettikenttä syöpäsoluissa. PLoS ONE 11 (5): e0156294. doi: 10,1371 /journal.pone.0156294

Editor: Bing Xu, Brandeis University, Yhdysvallat |

vastaanotettu: 25 tammikuu 2016; Hyväksytty: 12 toukokuu 2016; Julkaistu: May 31, 2016

Copyright: © 2016 Hapuarachchige et al. Tämä on avoin pääsy artikkeli jaettu ehdoilla Creative Commons Nimeä lisenssi, joka sallii rajoittamattoman käytön, jakelun ja lisääntymiselle millä tahansa välineellä edellyttäen, että alkuperäinen kirjoittaja ja lähde hyvitetään.

Data Saatavuus: Kaikki asiaankuuluvat tiedot ovat paperi- ja sen tukeminen Information tiedostoja.

Rahoitus: Tätä työtä tukivat tutkimusapurahoja KG100594 Susan G. Komen varten Cure ja CA154738 National Institutes of Health.

kilpailevat edut: kirjoittajat ovat ilmoittaneet, etteivät ole kilpailevia intressejä ole.

Johdanto

Sovellukset magneettisten nanohiukkasten (MNP), kuten superparamagneettiset rautaoksidi nanohiukkasten (Spion), biolääketieteen laajenee jatkuvasti takia niiden ainutlaatuiset ominaisuudet, jotka ovat: biologinen yhteensopivuus ja magneettinen vuorovaikutus ulkoisten magneettikenttien, joka voi tuottaa kuvantamisen kontrastin magneettikuvaus (MRI) [1,2,3], sekä lämpö [4] ja mekaanisia vaikutuksia [5,6 ]. Nisäkkäiden soluja voidaan tehokkaasti ladattu MNP käyttäen erilaisia ​​merkintöjä protokollia [3,7,8]. MRI kontrastin tuottama MNP on menestyksellisesti käytetty MR seuranta siirrettyjen solujen kokeellisissa malleissa [9,10,11] ja kliinisissä [12]. Tyypillisiä rautaa pitoisuudet välillä 5-10 pg rauta /solu, käytetään

in vivo

MRI, eivät näytä aiheuttavan sytotoksisuuteen tai estää erilaistumisen pluripotenttien kantasolujen [13], vaikka heikentynyt kondrogeenistä potentiaalia ja magneettisesti merkittyjä kantasolujen havaittu [14]. Useat Spion muotoiluja koostuu magnetiittia /maghemiitti (Fe

3 O

4 /Fe

2O

3), päällystetty dekstraanin (Feridex

®) tai carboxydextran (Resovist

®), on hyväksytty klinikan [15,16].

ainutlaatuinen ominaisuus Spion on tehokas lämmön kun altistetaan vuorotellen magneettikentän (AMF), jota voidaan käyttää terapeuttisiin sovelluksiin [17] . Mekaaniset voimat syntyvät vuorovaikutus Spion gradientilla magneettikentän on myös käytetty moniin sovelluksiin, mukaan lukien magneettiset pinsetit, nanosensing, magneettinen solujen erottaminen, toimitusajat geenien ja terapeuttisia aineita, ja mekaaniset modulaatio soluissa [5,6,18 , 19,20,21,22] tai kasvainmuodoista [23]. Alhainen lujuus magneettikentät on käytetty myös tuhota ihmisen kasvainsoluissa, joissa polymeeri-päällystetty, moniseinäisiä hiilinanoputket [24]. Vaikutus AMF on selviytymiskykyä solujen merkitty MNP ilman lämpötilan nousu on myös raportoitu [25,26,27].

Tässä osoitamme uuden strategian tuhoamisesta MNP-leimattujen solujen altistamalla ne värähtelevän kaltevuudet magneettikentän läsnä ollessa staattisen kyllästää magneettikentän. Tässä raportissa arvioimme tämän menetelmän

in vitro

viljellyissä triple-negatiivinen rintasyöpä MDA-MB-231-soluja. Oletamme, että mekanismi solujen tuhoutuminen välittyy suoraan mekaanisia voimia syntyy magneettinen vuorovaikutus MNP aggregaatit gradienttikentän, ja ei liity AMF-indusoidun hypertermia. Tämän vuoksi tämä tekniikka on valikoivasti tuhota suunnattu MNP-leimattujen solujen minimaalinen vaikutus naapurina leimaamattoman soluissa.

Materiaalit ja menetelmät

nanopartikkeleita

Tässä tutkimuksessa Bionized NanoFerrite (BNF ) superparamagneettiset rautaoksidi MNP, päällystetty tärkkelystä (tasaisella pinnalla, 80 nm halkaisijaltaan), hankittiin Micromod Partikeltechnologie GmbH, Rostock, Saksa, ja käytettiin ilman lisä- muutoksia. Kantaliuos on rautapitoisuus 13,7 mg /ml, ja BNF MNP on tyypillinen massa magnetoinnin 49 m

2 /kg Fe 79500 A /m; saturaatiomagnetoituma μ

istuivat 76 m

2 /kg Fe magneettikentän H 7,95 • 10

5 A /m; ja koersiivikentän Hc = 449 A /m.

Impulssijärjestys

Kuvio 1A havainnollistaa koejärjestely on voimakas magneettikenttä B

0 = 9.4T of prekliiniset MRI järjestelmään. Gradientti pulssi, joka on esitetty kuviossa 1 B kehitettiin käyttäen Paravision ohjelmointi ympäristön ja asennettu 9.4T Bruker Biospec-järjestelmä on varustettu G060 gradienttisysteemillä (60 mm sisähalkaisija, 95 G /cm suurimman kaltevuuden voimaa, ja 50 ps nousuaika ). Gradientti sekvenssi, joka syntyy värähtelevän G

gradientin, levitettiin näytteisiin noin 60 minuuttia, jossa on käyttömäärä 7%. Terminen Hoidon tutkittiin agaroosia näytteistä valmistettua suolaliuosta (0,9% NaCl puhdistettuun H

2O) kanssa ja ilman MNP (100 ug /ml), käyttäen upotetaan termoparianturin. Näytteet sijoitettu kiertävän veden kammion lämpötila asetetaan 37 ° C: ssa. Lämpötila muutokset MNP-agaroosi-näytteitä verrattiin agaroosilla valvonnan ilman MNP (kuvio 1 C).

(A) Kaaviokuva terapeuttisen järjestelmän. (B) Gradientti pulssisarjaa jota käytetään korkean magneettikentän. (C) Muutokset paikalliset lämpötilat agaroosi- kanssa valmistetut näytteet (100 ug /ml) ja ilman MNP.

Syöpäsolut

Human rintasyöpä MDA-MB-231-soluja (ATCC ) viljeltiin DMEM: ssä (Cellgro), jota oli täydennetty 1% penisilliini-streptomysiiniä ja 10% FBS: ää, ja sitä pidettiin 37 ° C: ssa kostutetussa ilmakehässä, joka sisälsi 5% CO

2, ellei toisin mainita. Kolmas tai neljäs kohtia solujen 70-80% konfluenssiin käytettiin kuvantamis- ja terapeuttisia kokeiluja. Solut ympättiin neljän Kaivokammio dioja (1 x 10

5 solua /kuoppa), kasvatettiin 24 h ~ 75% konfluenssiin, ja leimattiin MNP jälkeen vakiintunut protokollaa [28]. Lyhyesti, 9 ui MNP (27,4 mg /ml), sekoitettiin varovasti 2,5 ui poly-l-lysiinillä (PLL, 1,5 mg /ml) 10 ml: ssa soluviljelyalustassa huoneenlämpötilassa 1 h, ja lopullinen MNP pitoisuus 25 ug /ml, mikä johti muodostumista fyysisesti sidottu MNP-PLL komplekseja. Tässä tutkimuksessa soluja inkuboitiin tämän median 24 tunnin ajan 37 ° C: ssa ja huuhdeltiin perusteellisesti PBS: llä, ja maljat mukana tuoretta väliainetta. Solu merkinnät varmistettiin preussinsininen värjäytymistä (kuvio 2A). Perustuu induktiivisesti kytketty plasma massaspektrometrianalyysi (ICP-MS), tämä menetelmä johtaa raudan lataaminen solua kohden 14,8 ± 1,7 pg [11,29].

(A) preussinsinisen värjäys leimaamatonta (i ) ja MNP-leimattua (ii) solut. (B) MNP-leimattuja soluja ennen käsittelyä (i) ja välittömästi käsittelyn jälkeen (ii).

Stability nanohiukkasten

kemiallinen vakaus MnP ja tärkkelys-pinnoite tutkittiin mittaamalla hydrodynaaminen halkaisija hiukkasten (MNP 25,0 ug /ml DMEM) dynaamisella valonsironta (DLS) MALVERN Nano ZS90 Zetasizer ennen ja jälkeen altistuksen värähtelevän kaltevuudet.

vaikutus värähtelevän gradienttien MNP leimattua syöpäsolut

LIVE /DEAD

® solukuvauksessa.

solujen elinkelpoisuus kuluttua 24 tunnin kuluttua altistumisesta kaltevuudet vaaka reikään magneetti 9.4T Bruker MRI spektrometri oli laadullisesti analysoitiin LIVE /DEAD

® (Life Technologies, Inc.) solussa mikroskopia kokeita. Tässä tutkimuksessa, MNP-leimattu tai leimaamaton MDA-MB-231-soluja kasvatettiin neljän hyvin kammiossa levyt altistettiin kaltevuus hoitoon, kuten edellä on kuvattu, ja inkuboitiin 24 tuntia. Tiedotusvälineet korvattiin LIVE /DEAD

® solukuvauksessa seoksen valmistajan ohjeiden protokollaa. Solu Viljelmiä inkuboitiin 20 minuutin ajan ja kuvantaa fluoresenssimikroskooppia käyttämällä vihreää (elävät solut) ja punainen (kuolleita soluja) kanavia.

MTS-määritys.

Solujen elinkelpoisuus jälkeen kaltevuus hoidon analysoitiin kvantitatiivisesti MTS-määrityksellä. MDA-MB-231-solujen neljän hyvin kammiossa levyt altistettiin gradientin hoitoon ja inkuboitiin 24 tuntia. Tiedotusvälineet korvattiin 10%: MTS väliaineessa ja inkuboitiin kahden tunnin ajan. Absorbanssi media mitattiin 490 nm: ssä. Prosenttiosuudet kuolleita soluja laskettiin suhteessa elävien solujen määrä ja leimataan ja käsittelemättömän solupopulaation.

Transmission (TEM) B

TEM käytettiin tutkittaessa linjaus internalized MNP pitkin magneettikenttää. MNP-leimatut solut sijoitetaan reikään, joka 4.7T Bruker MRI spektrometri (sisähalkaisija 40 cm) 60 minuuttia, aiheuttaa kohdistuksen sisäistää MNP pitkin magneettikentän. Suuri reikä magneetin sallittu manipulointia solujen kanssa, kun taas magneettikentän. Tämän jälkeen solut kiinnitettiin kun vielä magneetti, käyttäen 0,1 M natriumkakodylaattia (pH 7,2), joka sisälsi 2,5% glutaraldehydiä, 3 mM CaCI

2, ja 1% sakkaroosia, yksi tunti. Seuraavaksi solut huuhdeltiin kolme kertaa, 0,1 M natriumkakodylaattia (pH 7,2) 15 minuutin ajan. Solujen lipidi-kalvot sitten kiinnitettiin 1% kaliumpermanganaattiliuosta 30 minuuttia, jäällä, ja pimeässä. Solut seuraavaksi huuhdeltiin deionisoidulla vedellä, kuivattu luokiteltujen sarjojen etanolia, ja upotettu Eponate 12-hartsia (Ted Pella Incorporated, Redding, CA, USA). Tämän jälkeen näytteet polymeroitiin samalla magneetin 37 ° C: ssa 48 h säilyttää suunta ja rakenne internalized MNP. Astiat pidettiin samassa asennossa ja suunta sisällä magneetti, koko prosessin. Jäykkä näytteet poistettiin sitten magneetti ja edelleen polymeroitua 60 ° C: ssa 24 tuntia. Sen jälkeen Polymerointivaiheessa, ohuet kohdat (60-90 nm) leikattiin timantti veitsi Reichert-Jung Ultracut E ultramikrotomilla ja kyytiin paljain 200-mesh kupari ristikot. Ristikot oli seuraava havaittiin Philips CM120 TEM 80 kV.

Optinen mikroskopia

valomikroskooppi tutkimuksia, MDA-MB-231-soluja kasvatettiin ~ 80% konfluenssiin, neljän hyvin kammio dioja. Sitten solut leimattiin MNP kuten edellä on kuvattu, huuhdottiin perusteellisesti PBS: llä, ja lisättiin tuoretta väliainetta laitetaan kuoppiin. Solut sijoitetaan sitten poraukseen on 9.4T Bruker MRI spektrometri 30 minuuttia, ja fiksaatioprosessi suoritettiin kuten edellä on kuvattu. Kuitenkin sen jälkeen dehydraatiovaihe, polymeroinnin jätettiin pois ja levyt asennettiin kanssa Permount-peitinlaseilla kiinnitysväliaine (Fisher Scientific, Pittsburgh, PA) kun vielä magneetin. Orientaatio kammion liukuu magneetin säilyi koko prosessin. Tämän jälkeen näytteet kuvattiin käyttämällä Nikon Eclipse TS100 mikroskoopilla.

Rearrangement ja kohdistus dynamiikka MNP aggregaattien tutkittiin myös elävien MDA-MB-231-soluja kasvatetaan ja leimattiin MNP, kuten edellä on kuvattu. Solut neljän hyvin mikroskopia kammio objektilasit sijoitettu sisälle 9.4T MRI magneetti 37 ° C: ssa vaihtelevan määrän aikaa, ja valomikroskoopilla tehtiin heti B

0 altistus käyttämällä käännettyä mikroskooppia 40x objektiivi. Äärimmäistä varovaisuutta käytettiin hitaasti lataa ja näytteiden poistamiseen magneetin reiän suuntainen magneetin akselin, säilyttäen lähellä akselia estää mahdollisia muutoksia klusterin suunta johtuu magneettisen vääntömomentin. Kuvat muutettiin 16-bittinen harmaasävy ja käsitellyt NIH ImageJ ohjelmisto johtaa suuntafunktiosta parametri, joka kertoo ensisijainen suuntautuminen rakenteiden läsnä tulo kuva tavallisella ImageJ suuntatoiminto plugin. Lyhyesti, tämä plugin laskee ensisijainen suuntautuminen rakenteiden läsnä kuvassa. Se laskee histogrammi, joka osoittaa suhteellisen lukumäärän rakenteiden tiettyyn suuntaan [30,31]. Optinen mikroskopia kuvat on hankittu ennen ja jälkeen 2, 5, 10, 20, 30, 45, ja 60 minuutin altistus magneettikentän.

Tilastollinen analyysi

kolme rinnakkaista itsenäistä koetta suoritettiin tilastolliset analyysit. Kahden pyrstö Opiskelijan

t

-testi käytettiin analysoimaan muutoksia solujen elinkelpoisuutta. Ero katsottiin merkitseväksi kun

p

-arvo was 0,05.

Tulokset

Solun merkintöjä varmistettiin preussinsininen värjäys ja solut säilyivät hyvinä ja ei ilmennyt muuttua morfologia (kuvio 2) ennen käsittelyä. Mukaan Li

et al

. vähintään 400 ug /ml päällystämättömän MNP 24 tunnin inkuboinnin tarvitaan merkittäviä sytotoksisuuden syöpäsoluissa [32]. Olemme inkuboitiin solujen tässä väliaineessa, joka sisälsi 25 ug /ml MNP-PLL komplekseja jopa 5 päivää ja havainneet MNP sytotoksisuutta. Välittömästi sen jälkeen, kun gradientti hoidon merkittävä määrä leimattua solut irrotettiin kammion pinnan ja solujen morfologia, jotka pysyi kiinni oli merkittävästi muuttunut (kuvio 2B). Suurin solujen vaurioita havaittiin korkeimmalla kaltevuus kytkentätaajuutta,

f

, sallima laitteisto (

f

~ 5.4 kHz). LIVE /DEAD

® solun mikroskoopilla määrityksessä oli huomattava määrä kuolleita soluja MNP-merkitty ja käsitelty solupopulaatio verrattuna merkitsemätön käsitelty solupopulaation 24 tunnin käsittelyn jälkeen (kuvio 3). Leimaamatonta, kaltevuus käsitelty, ja MNP-leimattu, käsittelemätön MDA-MB-231-soluja käytettiin kontrolleina kaikissa tutkimuksissa, ja mitään sytotoksisuutta ohjaus- MDA-MB-231-soluja havaittiin, kuten on esitetty S1 lisäyksessä. Ei lämpötilan nousu havaittiin hoidon aikana MNP-agaroosi näyte tai agaroosi, joka ei sisällä MNP (kuvio 1 C). Näin ollen havaitaan solujen vaikutuksia aiheuttaa todennäköisesti suoraa mekaanisen toiminnan MNP eikä terminen vaikutus hoidon aikana. Lisäksi olemme havainneet muutosta hydrodynaaminen halkaisija on hiukkasten ennen ja jälkeen gradientin hoitoja (S2 liite). Siksi havaitut solun vaikutuksia ei voida liittyvät mahdolliseen myrkyllisyyteen päällystämättömän rauta-oksidi nanohiukkasten.

(A) LIVE /DEAD

® solujen mikroskooppinen kuvia MNP-leimatun, käsitellyt solut 24 tunnin jälkeen. (I) Faasikontrasti- optinen kuva, (ii) jakelu elävien solujen, (iii) jakelu kuolleita soluja, ja (iv) yhdistyivät kuva. (B) LIVE /DEAD

® solujen mikroskooppinen kuvia leimaamatonta, käsiteltyjä soluja 24 tunnin jälkeen. (I) Vaihe vastakkain optisen kuvan, (ii) jakelu elävien solujen, (iii) jakelu kuolleita soluja, ja (iv) yhdistyivät kuva.

elinkelpoisuus MDA-MB-231-solujen jälkeen hoidon arvioitiin myös MTS-määrityksellä (kuvio 4). Havaitsimme 26,6% kuolleita soluja MNP-leimatun, käsiteltiin solupopulaatio 24 tunnin kuluttua hoidon. Prosenttiosuudet kuolleita soluja tunnisteettomien /käsitellyistä soluista ja MNP-leimattuja /käsittelemättömät solut olivat 5,3% (p 0,05) ja 3,4% (p 0,05), tässä järjestyksessä. Prosenttiosuudet kuolleita soluja laskettiin suhteessa solupopulaatio on merkitsemätön /käsittelemättömien näytteiden. Muutokset solujen elinkelpoisuus katsottiin tilastollisesti merkitsevä

p

arvot alle 0,05.

prosenttiosuus kuolleiden solujen MNP-leimattua /käsitelty, leimaamatonta /käsitelty, ja MNP-leimatun /käsittelemätöntä MDA -MB-231-soluja mitattiin suhteessa leimaamatonta /käsittelemättömien solujen populaation.

TEM-analyysi MNP-leimatut solut, pidetään 4.7T ulkoinen magneettikenttä, paljasti muodostumista pitkänomaisen MNP rakenteita, joiden halkaisija on ~ 170 nm ja pituus ~ 700 nm (kuvio 5A), verrattuna näytteisiin, joihin ei kohdistu magneettikenttää (kuvio 5B). Nämä rakenteet koostuivat 250-300 MNP hiukkasia esiintyy lähinnä myöhään endosomaalista osastoissa, ja oli suunnattu yhdensuuntaisesti B

0 magneettikenttä ja soveltaa G

gradientit. Optinen kuvia (käyttämällä Nikon Eclipse TS100 mikroskoopilla CCD-kamera, ja käsitellyt NIH ImageJ ohjelmisto) ja leimattujen solujen osoitettiin, että MNP rakenteet voidaan myös ratkaista optisella mikroskopialla.

Optinen mikroskopia ja TEM micrographs suunta MDA-MB-231-solujen inkuboitiin (A) B

0 = 4.7T magneettikenttä (i) optinen kuvan 40x, (ii) TEM at 17,500x (asteikko bar, 500 nm), ja (iii) TEM at 65,000x (asteikko bar, 100 nm), tai (B) ei-magneettinen ehto (i) optinen kuvan 40x, (ii) TEM at 17,500x (asteikko bar, 500 nm), ja (iii) TEM osoitteessa 65000 x (asteikko bar, 100 nm).

mikroskooppinen kuvia MNP-leimattujen solujen saatu ennen ja jälkeen altistuksen 9.4T kentän (37 ° C, 30 min, käyttäen Bruker Biospec 9.4T prekliinisen MRI-järjestelmä) on esitetty kuviossa 6A. Suuntatoiminto histogrammi on esitetty kuviossa 6B, ja muutokset suuntafunktiosta parametrin kulmassa 0 ° (suuntainen magneettikenttä) funktiona magneettisen valotusajan esitetään kuviossa 6C. Tyypillinen suuntautuminen uudelleenjärjestelyn ajankohtana 39 min 9.4T magneetti havaittiin (

R

2 = 0,92).

(A) Esimerkki kuvien avulla arvioidaan magneettinen suuntautuneisuutta MNP aggregaatit MDA-MB-231-solujen

t = 0

ja

t = 30

min altistuksen jälkeen ulkoisen magneettikentän (B

0 = 9.4T). (B) suuntatoiminto histogrammin

t = 30

min. (C) muutos suuntaavuus (AU) kanssa magnetization ajan,

t

(min).

Keskustelu

havaittu solujen tuhoutuminen kaltevuuden hoito katsottiin johtuvan vuorovaikutukseen magnetisoitu MNP aggregaatit ulkoisten gradienttikenttiä. Yksityiskohtainen kuvaus mekaaniset vaikutukset yhdistelmä staattisen ja gradienttimagneettikentät on nanohiukkasten raportoivat Carrey et al. [6]. Lyhyesti, meidän kokeita, magneettikenttä (

B

0

) tyydyttyneitä magneettisydän nanohiukkasten sen maksimiarvo μ

sat

. Tässä kunnossa, voiman nanohiukkasten tuottaman kaltevuus,

dB

0

/dR

, voidaan saada kuten (1) missä

V

on hiukkasen tilavuus ja

M

istui

on tilavuudeltaan tyydyttynyt magnetoinnin [33] (S3 liite). Yksinkertainen arvio magneettisen voiman yhden MNP, jonka halkaisija on 50 nm ja kyllästää magnetointi

μ

0

M

istui

of ~ 1T, sijoitettu gradienttimagneettikenttä

G = dB /dR = 0

.

5 T /m

, tulokset

F

≈ 10

-17 N. Tämä voima on merkittävästi pienempi kuin tarvittava voima tuhota solukalvon [6]. Siksi vain synkroninen toiminta magneettisia aggregaatteja, jotka koostuvat useista MNP, magnetoidaan B

0 kenttä ja ohjaavat äänitaajuus kaltevuudet, voidaan tuottaa tehokkaita soluvaurioita. Tällöin kasvua mekaanisen voiman ainakin useita kertaluokkia odotetaan johtuen laajenemisesta ja suunta pitkänomaisen MNP aggregaatit pitkin magneettikenttää ja sovellettu kaltevuudet. Suhteellisen alhainen taajuus sovellettu kaltevuudet,

f

, ehdottaa paikallaan järjestelmän MNP vuorovaikutusta magneettikentän

1 /f

τ = m /K

f

, jossa

m

on massa MNP ja

K

f

on kitkavoiman väliaineen kanssa viskositeetti

η

(

Kf = 6πηR

) [6]. Se on myös melko todennäköistä, että vapaa drift MNP aggregaatit sisäistetään soluun on rajoitettu sisäisten limakalvojen soluosastoihin, kuten endosomeihin ja lysosomeihin. Huomattavasti korkeampia vaikutuksia solujen tuhoutuminen havaittiin valitun suunnan kaltevuudet, G

z, yhdensuuntaisesti magneettikenttään. Tämä suuntaus aiheuttaa liikkeen aggregaatit pitkin niiden pitkän akselin minimaalisella vastuksella väliaineesta, joka johtaa lisääntyneeseen amplitudi liikkeen ja oletettavasti parantaa solujen vaikutuksia. Tärkeää on, että vuorotellen magneettikentän tässä tapauksessa pitäisi tuottaa korkeimman vaikutuksen jälkeen kohdistus magneettisen aggregaattien kanssa B

0 on valmis, kuten varmistettiin meidän kokeita.

Siksi suuret vaikutukset staattisen magneettikentän B

0, jotka ovat kriittisen tärkeitä solujen vaikutukset värähtelevän gradientit ovat: (i) kylläisyyttä MNP magnetoinnin, joka maksimoi magneettikentän voima MNP Eq (1); ja (ii) muodostuminen supramolekulaaristen aggregaattien, jotka koostuvat useista MNP, joka merkittävästi vahvistaa magneettiset voimat verrattuna voimaan yhden magneettisen nanohiukkasten.

Muita mahdollisia mekanismeja soluvaurioita vuorovaikutuksen vuoksi värähtelevän magneettikentän kenttä MNP-leimatut solut, kuten hystereesi, Induktiokuumenuuslaitteistojen pyörrevirtojen, ja ferromagneettisten resonanssi, kuvataan S4 lisäyksessä ja paljastaa vähäinen vaikutus lämmityksen magneettisesti kyllästetty MNP tai johtavien solujen kasvualustojen, kuten on vahvistettu hallinnassamme kokeiluja . Rautapitoisuus leimatun solun oli huomattavasti pienempi kuin sytotoksinen taso päällystetyn tai päällystämättömän MNP syöpäsoluissa [32]. Tärkkelys-päällyste nanohiukkasten on kemiallisesti silloitettu ja kaltevuus hoitoa, joka indusoi ainoastaan ​​suurin liike nanohiukkasten-kokoonpanot, ei tuhoa pinnoite.

valikoiva solukuolema, jonka kiertoliike magneettisia nanohiukkasia liitteenä ja lysosomaalisen kalvon kautta anti-LAMP1-vasta-aineiden osoitettiin Zhang et ai. [34]. Matalataajuista (30 mT, 20 Hz), dynaaminen magneettikenttä indusoi pyörimisen 100 nm halkaisijaltaan LAMP1-Spion ja ilmeisesti apoptoottisen solukuoleman, koska repiminen lysosomaalisen kalvon [34]. Kuitenkin tässä lähestymistavassa MNP ei magneettisesti kyllästetty käytetyllä magneettikentän ja eivät muodosta aggregaatteja, jotka voivat tuottaa merkittävästi laajemmat mekaanisia vääntömomentin ja voimat verrattuna yksittäisiin magneettisia nanohiukkasia. Itse asiassa analyysi Carrey et al. ehdottaa, että MNP, jonka halkaisija on mikronin alueella on tuotettava mekaanisten voimien piconewton (10

-12 N) välillä, kun se altistetaan gradientin magneettikenttää

G = 1 T /m

[6]. Tappava vahinkoa solukalvon tuottama monoklonaalinen vasta-aine, joka on konjugoitu valolle ftalosyaniiniväriainetta, IRDye 700DX, on myös mekaanisen vaikutuksia solukalvoon [35,36].

Johtopäätös

Kaiken tuloksemme osoittavat, että värähtelevän gradientit voidaan valikoivasti tuhota MNP-leimattujen solujen sijoitettu kyllästettyyn magneettikentässä. Tekniikka ei perustu MNP aiheuttamaa hypertermia, ja ehdotamme, että vaikutus johtuu mekaaniset voimat syntyvät sisäistetty MNP aggregaattien. On tärkeää huomata, että ulkoisen magneettikentän B

0, joka on yli kyllästyminen kenttä, magneettinen voima ei nimenomaisesti riipu B

0, ja menetelmä olisi säädettävä samanlaisesta teho B

0 ≥ ~ 1.5T, joka on tyypillinen alue kliinisten MRI. Tässä raportissa otettu merkittävä askel kohti tulevaa useita biolääketieteen sovellukset, kuten tuhoaminen syövän ja siirrettyjen solujen. Lisäksi MNP-leimattuja soluja tuottavat voimakkaita MRI, joka helpottaa kuvaohjatut sovelluksia tämä menetelmä.

tukeminen Information

S1 Liite. LIVE /DEAD

® solun kuvia valvonnan.

(A) LIVE /DEAD

® solumäärityksessä on leimaamaton ja magneettisesti käsiteltyjä soluja. (B) LIVE /DEAD

® solun määrityksessä on MNP-merkitty ja käsittelemättömien solujen altistuvat staattisen magneettikentän B

0 vain.

Doi: 10,1371 /journal.pone.0156294.s001

( PDF)

S2 lisäys. Vakaus on MNPS aikana kaltevuus hoidon.

Vakaus MNPS ja niiden tärkkelys-pinnoitteella tutkittiin mittaamalla hydrodynaaminen halkaisija.

Doi: 10,1371 /journal.pone.0156294.s002

(PDF)

S3 Lisäys. Magneettiset voimat.

Magneettivoima synnyttämää gradienttimagneettikenttä on MNP.

Doi: 10,1371 /journal.pone.0156294.s003

(PDF)

S4 lisäys. Lämmitys vaikutukset.

Kuumeneminen johtavien MNP vaihtelevassa magneettikentässä.

Doi: 10,1371 /journal.pone.0156294.s004

(PDF) B

Kiitokset

Tekijät haluavat kiittää Ms Mary McAllister hänen apua valmistelun käsikirjoituksen.