تم دعم الأبحاث الواردة في هذا المنشور من قبل جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية (KAUST).

تنبيه: استشر دائما جميع أوراق بيانات سلامة المواد ذات الصلة (MSDS) قبل الاستخدام. استخدم جميع ممارسات السلامة المناسبة ومعدات الحماية الشخصية (نظارات السلامة ، والقفازات ، ومعطف المختبر ، والسراويل الطويلة ، والأحذية المغلقة من الأمام). أداء جميع التفاعلات البيولوجية في غطاء الدخان البيولوجي.
ملاحظة: يهدف هذا البروتوكول إلى إنتاج 2 × 10 10 NWs / مل وظيفية بيولوجيا تعادل 0.36 مجم من الحديد / مل مغلفة بأجسام مضادة ل CD44 بكثافة 3 ×10 4 أجسام مضادة / NW. يبلغ طول أكسيد الحديد والحديد (القشرة الأساسية) NWs 2.5 ميكرومتر وقطرها 41.5 نانومتر.
1. الافراج عن أسلاك الحديد النانوية
ملاحظة: تم شرح عملية تصنيع الحديد / أكسيد الحديد NWs بالتفصيل في منشور سابق59.
<ol><li>على حصيرة القطع ، قم بقص أقراص الألومنيوم (Al) (الشكل 2A) إلى قطع صغيرة (الشكل 2B) باستخدام شفرة ذات حافة واحدة ومطرقة صغيرة لتناسب أنبوب 2 مل. استخدم الملقط لنقل قطع Al الصغيرة إلى الأنبوب.</li>
	<li>املأ الأنبوب سعة 2 مل ، الذي يحتوي على قطع Al الصغيرة ، ب 1 مل من 1 M هيدروكسيد الصوديوم (NaOH). تأكد من تغطية جميع قطع Al ب NaOH.</li>
	<li>اترك المحلول يعمل لمدة 30 دقيقة في درجة حرارة الغرفة داخل غطاء دخان كيميائي.</li>
	<li>قم بإزالة قطع Al فقط باستخدام الملقط واحتفظ بالأسلحة النووية التي تم إطلاقها (مجموعات سوداء ، الشكل 3A) في محلول NaOH لمدة 30 دقيقة إضافية. لا تقم بتغيير محلول هيدروكسيد الصوديوم.</li>
	<li>اجمع NWs عن طريق وضع أنبوب 2 مل في رف مغناطيسي وانتظر لمدة دقيقتين قبل إزالة محلول 1 M NaOH القديم. استبدله بمحلول NaOH جديد.</li>
	<li>قم بتنشيط الأنبوب سعة 2 مل الذي يحتوي على NWs لمدة 30 ثانية واتركه لمدة 1 ساعة داخل غطاء دخان كيميائي.</li>
	<li>كرر الخطوات من 1.5 إلى 1.6 أربع مرات على الأقل.</li>
	<li>اغسل NWs عن طريق وضع أنبوب 2 مل في الرف المغناطيسي وانتظر لمدة دقيقتين.</li>
	<li>تخلص من محلول هيدروكسيد الصوديوم واستبدله ب 1 مل من الإيثانول المطلق.</li>
	<li>Sonicate الأنبوب لمدة 30 ثانية.</li>
	<li>ضع أنبوب 2 مل في الرف المغناطيسي وانتظر 2 دقيقة.</li>
	<li>تخلص من محلول الإيثانول المطلق القديم واستبدله ب 1 مل من الإيثانول المطلق الطازج والسونيكات لمدة 30 ثانية.</li>
	<li>كرر الخطوتين 1.11 و 1.12 لأربع مرات على الأقل.</li>
	<li>احتفظ ب NWs في 1 مل من الإيثانول المطلق في درجة حرارة الغرفة حتى تكون هناك حاجة إليها.</li>
	<li>قياس تركيز الحديد وبالتالي NWs باستخدام مطياف كتلة البلازما المقترن بالحث (ICP-MS). ملاحظة: يمكن إيقاف البروتوكول مؤقتا هنا. ومع ذلك ، بالنسبة للتخزين لفترة طويلة ، لا تقم بتحرير NWs من قالب Al حتى الحاجة إليه. إن الحفاظ على NWs المفرج عنها في الإيثانول لفترة طويلة دون صوتنة متكررة سيخلق تجمعات ستحتاج إلى أوقات أطول من صوتنة ليتم فصلها.</li>
</ol>2. طلاء الأسلاك النانوية ب APTES
ملاحظة: في هذا البروتوكول ، 100 ميكرولتر من محلول APTES (كثافة 0.946 جم / مل61) كافية لتغطية 1.6 × 107 م2 / جم من NWs. إذا كان هناك تغيير في نسبة أو كتلة المادة النانوية ، فيجب تعديل حجم APTES وفقا لذلك.
<ol><li>انقل NWs من الخطوة 1.14 إلى أنبوب زجاجي سعة 5 مل باستخدام ماصة سعة 1 مل.</li>
	<li>لجمع أي NWs متبقية في أنبوب 2 مل ، اغسل الأنبوب الفارغ 2 مل مرتين بإضافة 1 مل من الإيثانول المطلق وانقله إلى الأنبوب الزجاجي سعة 5 مل باستخدام ماصة سعة 1 مل.</li>
	<li>باستخدام الماصة ، خذ 100 ميكرولتر من APTES وأضفها إلى محلول NW مباشرة.</li>
	<li>دوامة أنبوب زجاجي 5 مل لمدة 10 ثوان.</li>
	<li>اضبط الأنبوب الزجاجي سعة 5 مل على مشبك حامل معوجة المختبر.</li>
	<li>ضع نصف الأنبوب الزجاجي سعة 5 مل داخل ماء الحمام بالموجات فوق الصوتية و sonicate لمدة 1 ساعة.</li>
	<li>أخرج الأنبوب الزجاجي سعة 5 مل من الحمام بالموجات فوق الصوتية وأضف 400 ميكرولتر من الماء منزوع الأيونات (DI) متبوعا ب 20 ميكرولتر من 1 M NaOH (الحفز الأساسي). تنبيه: من المهم إضافة ماء DI أولا.</li>
	<li>اضبط الأنبوب الزجاجي سعة 5 مل ، كما هو موضح في الخطوات 2.5-2.6 ، وصوتنة لمدة 1 ساعة أخرى.</li>
	<li>أخرج الأنبوب الزجاجي سعة 5 مل من الحمام بالموجات فوق الصوتية.</li>
	<li>ضع مغناطيسا بجوار الأنبوب الزجاجي لمدة 5 دقائق لجمع NWs.</li>
	<li>استبدل المادة الطافية ب 1 مل من الإيثانول المطلق الطازج و sonicate لمدة 10 ثوان.</li>
	<li>كرر الخطوات 2.10-2.11 أربع مرات.</li>
	<li>نقل جميع الإيثانول المعلق NWs إلى أنبوب زجاجي جديد سعة 5 مل باستخدام ماصة 1 مل. ملاحظة: يمكن تخزين NWs المطلية ب APTES في أنبوب زجاجي مع الإيثانول حتى تكون هناك حاجة إليها. يمكن إيقاف البروتوكول مؤقتا هنا.</li>
</ol>3. الوظيفة الحيوية للأسلاك النانوية
<ol><li>تنشيط الأجسام المضادة ملاحظة: لتحقيق ما يقرب من 3 × 104 أجزاء من الجسم المضاد / NW ، استخدم 30 ميكرولتر من الجسم المضاد (1 مجم / مل) لكل 0.1 مجم من الحديد.<ol><li>في أنبوب سعة 2 مل ، قم بإذابة 0.4 مجم من 3-3-ثنائي ميثيل أمينوبروبيل كاربوديميد (EDC) و 1.1 مجم من سلفو-N-هيدروكسي سلفوسوكسينيميد (Sulfo-NHS) في 1 مل من هيدرات حمض إيثان سلفونيك 2-N-morpholino (MES) (درجة الحموضة 4.7). ملاحظة: يجب أن يكون خليط EDC / sulfo-NHS طازجا ومحضرا قبل الاستخدام.</li>
		<li>في أنبوب جديد سعة 2 مل ، أضف 30 ميكرولتر من الجسم المضاد ل CD44 (1 مجم / مل) ، و 960 ميكرولتر من 0.1 متر من محلول ملحي مخزن بالفوسفات (PBS ، درجة الحموضة 7) ، و 10 ميكرولتر من خليط EDC / sulfo-NHS (محضر في الخطوة 3.1.1) ، على التوالي.</li>
		<li>ضع أنبوب 2 مل في خفق أنبوبي على حرارة 10 × جم لمدة 15 دقيقة في درجة حرارة الغرفة.</li>
	</ol></li>
	<li>تحضير الأسلاك النانوية المطلية ب APTES<ol><li>خلال فترة الحضانة التي تبلغ 15 دقيقة في الخطوة 3.1.3 ، اغسل NWs عن طريق وضع مغناطيس بجوار أنبوب NWs المطلي ب APTES (من الخطوة 2.13) لمدة دقيقتين لجمع NWs.</li>
		<li>تخلص من الإيثانول واستبدله ب 1 مل من 0.1 م PBS (درجة الحموضة 7) ، ثم صوتنة لمدة 10 ثوان.</li>
		<li>كرر الخطوة 3.2.1-3.2.2 أربع مرات.</li>
		<li>اجمع NWs ، كما هو موضح في الخطوة 3.2.1 ، وتجاهل 0.1 M PBS. احتفظ بالأسلحة النووية في الأنبوب دون أي محلول.</li>
	</ol></li>
	<li>تعلق الأجسام المضادة<ol><li>انقل كل محلول الأجسام المضادة المنشط (المحضر في الخطوة 3.1.3) إلى أنبوب NWs (المحضر في 3.2.4) وصوتنة لمدة 10 ثوان.</li>
		<li>ضع الأنبوب الزجاجي في الدوار طوال الليل عند 4 درجات مئوية.</li>
		<li>اجمع الأسلحة النووية باستخدام مغناطيس كما في الخطوة 3.2.1 وتخلص من المادة الطافية.</li>
		<li>إضافة 1 مل من محلول ألبومين مصل الأبقار (BSA) بنسبة 2٪ لمدة ساعة عند 4 درجات مئوية لمنع التفاعل.</li>
		<li>تحقق من مستضدية الأجسام المضادة الوظيفية NWs ، على سبيل المثال ، باستخدام مقايسات الترسيب المناعي (IP) واللطخة الغربية (WB). ملاحظة: للحصول على نتائج أفضل ، استخدم NWs ذات الوظائف الحيوية في اختبار IP أو WB أو التوافق الحيوي مباشرة بعد خطوة الحظر.</li>
	</ol></li>
</ol>4. مقايسة التوافق الحيوي
ملاحظة: لدراسة التوافق الحيوي للأسلحة النووية، يمكن استخدام مقايسات مختلفة لصلاحية الخلايا وخطوط خلايا مختلفة. ويستند تركيز الأسلحة النووية المستخدمة هنا إلى منشور سابق16. يجب أن يتم بذر الخلية قبل يوم واحد من الوظيفة الحيوية NW.
تنبيه: يجب تنفيذ جميع الخطوات التالية تحت خزانة السلامة الأحيائية.
<ol><li>في صفيحة 96 بئرا ، قم بزرع تسعة آبار مع 4 × 104 من خلايا سرطان القولون (خط خلايا HCT116) معلقة في وسائط زراعة خلايا مكوي (100 ميكرولتر / بئر) ووضعها داخل الحاضنة طوال الليل عند 37 درجة مئوية و 5٪ ثاني أكسيد الكربون (CO2).</li>
	<li>اغسل NWs (من الخطوة 3.3.4) باستخدام PBS عن طريق جمعها باستخدام مغناطيس كما في الخطوة 3.2.1 واستبدل المحلول القديم ب 1 مل من 0.01 M PBS (الرقم الهيدروجيني 7). كرر هذه الخطوة ثلاث مرات.</li>
	<li>اغسل NWs (من الخطوة 4.2) بوسائط McCoy الدافئة عن طريق جمعها باستخدام مغناطيس كما في الخطوة 3.2.1 واستبدل PBS القديم ب 1 مل من وسائط McCoy الدافئة. كرر هذه الخطوة ثلاث مرات.</li>
	<li>جمع NWs (من الخطوة 4.3) باستخدام مغناطيس كما في الخطوة 3.2.1 واستبدال 1 مل من وسائط McCoy الدافئة ب 900 ميكرولتر من وسائط McCoy الدافئة. يجب أن يكون تركيز الأسلحة النووية 0.02 ملغ من الأسلحة النووية لكل مل.</li>
	<li>خذ لوحة 96 بئرا (من الخطوة 4.1) من الحاضنة إلى خزانة السلامة الأحيائية.</li>
	<li>تحت خزانة السلامة الأحيائية، تخلص من الوسائط القديمة من الخلايا واستبدلها ب 100 ميكرولتر من الأسلحة النووية العالقة (أعدت في الخطوة 4-4).</li>
	<li>هز اللوحة (المحضرة في الخطوة 4.6) باليد ثم احتضانها لمدة 24 ساعة داخل الحاضنة عند 37 درجة مئوية و 5٪ CO2.</li>
	<li>في اليوم التالي ، أخرج لوحة 96 بئرا (المحضرة في الخطوة 4.7) من الحاضنة. تحت خزانة السلامة الأحيائية ، أضف 11 ميكرولتر من كاشف صلاحية الخلية (جدول المواد) إلى كل بئر باستخدام ماصة متعددة الجدران.</li>
	<li>هز اللوحة مع شاكر لوحة بسرعة 10 × غرام لمدة 10 ثوان.</li>
	<li>احتضان لوحة لمدة 1 ساعة في الحاضنة.</li>
	<li>أخرج لوحة 96 بئرا (المحضرة في الخطوة 4.10) من الحاضنة. اقرأ اللوحة في قارئ الصفيحة الدقيقة (جدول المواد) عن طريق قياس امتصاص كاشف صلاحية الخلية (الإثارة 540 نانومتر ، الانبعاث 590 نانومتر).</li>
</ol>

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

كما هو الحال مع أي طريقة لتصنيع وطلاء المواد النانوية ، يلزم وجود جودة عالية للحلول المستخدمة. يمكن إعادة استخدام حلول الإصدار (1 M NaOH) والتشغيل الوظيفي (MES) عدة مرات. ومع ذلك ، فإن التحقق من قيمة الأس الهيدروجيني قبل البدء في عملية جديدة أمر مهم للغاية. في خطوة الإطلاق ، يجب أن يتم غسل الأسلحة النووية باستخدام هيدروكسيد الصوديوم أربع مرات على الأقل. كلما كان الغسيل أفضل ، كان استقرار الأسلحة النووية أفضل وقل تجميعها. تعزز طبقة الأكسيد استقرار الأسلحة النووية عند الغمر في الإيثانول أو الماء63.
تأثر قطر وطول NWs بعد طلائها ب APTES والأجسام المضادة. هنا ، زاد القطر من 41.5 نانومتر إلى 70 نانومتر ، وانخفض الطول من 2.5 ميكرومتر إلى 1.6 ميكرومتر ، بسبب خطوات الصوتنة التي تكسر NWs. لذلك ، من الضروري توصيف مورفولوجيا الأسلحة النووية بعد خطوة الوظائف الحيوية.
يعتمد ارتباط الأجسام المضادة بالأسلحة النووية على التفاعل التساهمي بين مجموعة الأمين (على APTES) ومجموعة الكربوكسيل (على الجسم المضاد). لذلك ، يعد تأكيد وجود طلاء APTES خطوة مهمة ، استخدمنا من أجلها رسم خرائط EELS. طريقة الطلاء آمنة ومباشرة. لا يحتاج إلى درجات حرارة عالية أو أوقات حضانة طويلة. أيضا ، يعمل طلاء APTES كرابط لتمكين الارتباط التساهمي للأجسام المضادة أو البروتينات الأخرى التي تحتوي على مجموعة كربوكسيل.
في حالة الوظائف الحيوية للأسلحة النووية بجسم مضاد ، يمكن أن تتأثر مستضدية مواقع ربط الأجسام المضادة بعد عملية الوظيفة الحيوية. يمكن استخدام طريقة IP و WB للتحقيق في هذه المشكلة. سيسمح استخدام طريقة الوظائف الحيوية المذكورة في هذا البروتوكول للأجسام المضادة بالارتباط بالدول الحائزة للأسلحة النووية ذات المستضدات العالية لمستقبل خلية معين. علاوة على ذلك ، أضاف الأداء الحيوي ل NWs بالأجسام المضادة القدرة على استهداف الخلايا بمستقبل الاهتمام ، CD44 هنا. تم تأكيد ذلك عن طريق الفحص المجهري متحد البؤر. على الرغم من أن التوافق الحيوي للأسلحة النووية غير المطلية كان مرتفعا (>95٪) ، إلا أن إضافة طلاء APTES أو الأجسام المضادة إلى NWs عزز توافقها الحيوي بنسبة 100٪.
علاوة على ذلك ، فإن بروتوكول الطلاء والوظائف الحيوية فعال واقتصادي وقابل للتكرار. يجب أن يكون قابلا للتطبيق على أي مادة نانوية أخرى من أكسيد الحديد والحديد ، حيث يجب تحسين تركيز كل من الطلاء والأجسام المضادة المرفقة بناء على مساحة السطح وكتلة المادة النانوية. يمكن إجراء هذا البروتوكول بأمان في الظروف المحيطة في المختبر العام. وقد عززت الوظائف الأحيائية بشكل كبير التوافق الأحيائي للمواد النانوية وقدرتها على الاستهداف. وبشكل عام، تعتبر الأسلحة النووية مواد واعدة للغاية للتطبيقات الطبية النانوية (بما في ذلك العلاجات متعددة الوسائط أو التوافقية، والكشف عن الخلايا أو توجيهها، والاستشعار البيولوجي). إلى جانب الوظيفة الحيوية ، كما هو موضح هنا ، يمكن تحقيق استهداف محدد للخلايا لزيادة الدقة والفعالية.

من الخصائص الفريدة للمواد النانوية المغناطيسية قدرتها على الاستجابة للمجالات المغناطيسية1 ، والتي يمكن استخدامها بشكل مفيد لتشغيلها بعدة طرق ، بينما يمكن أيضا مراقبتها ، على سبيل المثال ، عن طريق التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI). عند تطبيق مجال مغناطيسي متناوب بتردد عال ، يمكنهم توليد الحرارة ، والتي يمكن أن تحفز ارتفاع الحرارة ، مما يوفر خيارا علاجيا1. نهج آخر هو المعالجة الحرارية الضوئية ، والتي يمكن تحقيقها باستخدام ليزر الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR) 2,3.
من بين العدد الكبير من المواد النانوية المغناطيسية ، تلقى أكسيد الحديد أكبر قدر من الاهتمام في التطبيقات البيولوجية مثل الفصل المغناطيسي ، وارتفاع الحرارة2,4 ، وتوجيه الخلية5 ، وتوصيل الدواء6،7،8 ، وكعامل تباين في التصوير بالرنين المغناطيسي 9,10. ويرجع ذلك إلى توافقها الحيوي العالي 11,12 ، المغنطة الكبيرة 11,12 ، القدرة على التغليف 9,13,14,15 ، القدرة على حمل الأدوية 2,16 ، القدرة على العمل بالأدوية2,16 أو / واستهدافالعوامل 12,13,17، 18 ، والقدرة على تحويل الطاقة الضوئية إلى حرارة2. في الآونة الأخيرة ، بدأت MagForce في التجارب السريرية على مرضى السرطان باستخدام جسيمات أكسيد الحديد النانوية لعلاج ارتفاع الحرارة19.
في الآونة الأخيرة ، تم استغلال الأسلاك النانوية المغناطيسية (NWs) بشكل متزايد للتطبيقات الطبية الحيوية3،11،16،20،21،22. لها خصائص مماثلة للخرزات النانوية المغناطيسية ، ولكنها تقدم شكلا متباينا الخواص ولحظة مغناطيسية كبيرة جدا ، مما يتيح التحكم عن بعد الفعال للغاية بواسطة مجال مغناطيسي23,24 ، بما في ذلك التشغيل منخفض التردد للحث على التأثيرات المغناطيسية الميكانيكية 25,26,27,28,29. نتيجة لذلك ، تم تنفيذ NWs لتطبيقات بيولوجية مختلفة مثل عزل exosomes30 تتبعالخلايا 21 ، علاج السرطان3،11،16 ، توصيل الدواء 16،31،32 ، وكعامل تباين التصوير بالرنين المغناطيسي 33.
المواد النانوية المغناطيسية ذات الوظائف الحيوية ذات القدرة المحددة على استهداف الخلايا لديها إمكانات كبيرة للتطبيقات الطبية الحيوية وفي الطب الدقيق34,35. ولربط عوامل الاستهداف هذه، يلزم إجراء تعديل سطحي على المواد النانوية. عادة ، يحتاجون إلى طلاء يوفر مجموعة وظيفية ، مما يسهل ربط عوامل المعالجة. في الأدب ، هناك عدد كبير من الطلاءات العضوية وغير العضوية للمواد النانوية المغناطيسية. استنادا إلى المجموعة الوظيفية التي يمكن تجميدها للمادة النانوية ، يمكن تصنيف هذه الطلاءات إلى أربع مجموعات رئيسية: الجزيئات القائمة على مجموعات حمض الكربوكسيل ، والبوليمرات ، والهستيدين ، والجزيئات القائمة على مجموعات السيلان.
الجزيئات القائمة على مجموعات حمض الكربوكسيل هي إحدى طرق تعديل السطح. يستخدم التقارب العالي بين مجموعة حمض الكربوكسيل السالب على الطلاء والشحنة الموجبة على المواد النانوية المغناطيسية36،37،38. قد تتضمن عملية ارتباط حمض كربوكسيلي بسطح فلزي توليد أملاح كربوكسيلات الفلزات أو التصاق مجموعة الكربوكسيل بالفلز. ومع ذلك ، بالنسبة للأسلحة النووية متعددة الأجزاء ، مثل الحديد / الذهب أو النيكل / الذهب NWs ، والتي لها خصائص رائعة للتطبيقات الحيوية39,40 ، لا يمكن تطبيق هذا النوع من الطلاء بسهولة. يتطلب طلاءين مختلفين في نفس الوقت: مجموعات الثيول لتعديل شرائح الذهب ومجموعات الكربوكسيل للقطاعات المغناطيسية (الحديد أو النيكل)38. بعض الأمثلة على الجزيئات القائمة على مجموعات الكربوكسيل هي الهيماتوبورفيرين ، وحمض البيميليك ، وحمض البالمتيك ، و 3- [(2-aminoethyl) dithio] حمض البروبيونيك (AEDP) 38. توفر التعديلات السطحية للمواد النانوية المغناطيسية باستخدام البوليمرات بعض المزايا المميزة. نظرا للوزن الجزيئي الكبير للبوليمرات ، فإنه يعزز استقرار المادة النانوية المغناطيسية في محلول38. ومع ذلك ، فإنه سيزيد بشكل كبير من حجم المادة النانوية38. البولي فينيل بيروليدون (PVP) ، والبولي إيثيلين (PEI) ، وحمض الأسبارتيك أرجينين - جليكاين - D (RGD) ، والبولي إيثيلين جلايكول (PEG) هي بعض الأمثلة على البوليمرات الأكثر استخداما لتعديلات السطح. كل واحد له ميزاته الخاصة ويستخدم38. طريقة تعديل السطح الثالثة تستخدم طلاء الهستيدين. الهستيدين هو بروتين يحتوي على سلسلة جانبية من الأحماض الأمينية الهستيدين التي لها تقارب كبير مع عدد محدود من المواد النانوية المغناطيسية مثل النيكل38. يمكن استخدامه لعمليات تنقية البروتين38،41،42. يمكن أيضا تطبيق طلاء الهستيدين على الأسلحة النووية متعددة الأجزاء ، مثل النيكل / الذهب NWs38. إن تكسير سطح المادة النانوية هو عملية راسخة38،43،44. يعتمد على ذرة سيليكون مرتبطة بأي سطح أكسيد معدني من خلال ثلاث روابط مفردة ، وفي نفس الوقت ترتبط ذرة السيليكون هذه بالمجموعة الوظيفية في النهاية من خلال سلسلة ألكيل38،43،44. تتمثل ميزة هذا الطلاء في توفير مجموعات أمين مجانية ، ولديه القدرة على طلاء كل من المواد المغناطيسية وغير المغناطيسية38,45 ، مثل النيكل والذهب ، على التوالي. لذلك ، فإن استخدام الجزيئات القائمة على المجموعة المالحة هو طريق عملي للوظائف الحيوية متعددة NWs. بعض الأمثلة على الجزيئات القائمة على مجموعات السيلان هي (3-أمينوبروبيل) ثلاثي إيثوكسيسيلان (APTES) و (3-أمينوبروبيل) تريميثوكسيسيلان (APTMS) 38,45.
يمكن أن تلعب إضافة عامل استهداف إلى الطلاء دورا مهما في تشخيص وعلاج الخلايا المريضة ، وفي الوقت نفسه ، تقلل من الآثار الجانبية على الأنسجة السليمة46,47. إن إضافة عامل استهداف على سطح المواد النانوية يعزز كلا من الارتباط الانتقائي الخلوي والاستيعاب من خلال مستقبلات البطانةالخلوية 7. بدون هذه الروابط المستهدفة ، تتفاعل المواد النانوية بشكل غير محدد مع أغشية الخلايا ، والتي ترتبط بمعدل أقل مقارنة بالمواد النانوية مع الروابط48. أحد تحديات استهداف الأنسجة السرطانية هو تشابهها المميز مع الأنسجة السليمة. لذلك ، يعتمد نجاح الاستهداف بشكل أساسي على تحديد الربيطة المناسبة لاستخدامها كهدف بيولوجي49,50. تم استخدام عوامل استهداف مختلفة لتوجيه المواد النانوية إلى الخلايا السرطانية48,51 (على سبيل المثال ، CD44 ، بسبب تعبيرها العالي في الخلايا السرطانية مقارنة بالخلايا السليمة52,53,54,55).
يمكن تصنيف عوامل الاستهداف إلى ثلاث مجموعات رئيسية ، بناء على المكونات التي تتكون منها وتعقيدها: الاستهداف القائم على aptamer ، والاستهداف القائم على ligand ، والاستهداف المستند إلى الأجسام المضادة. الأبتامير عبارة عن خيوط قصيرة مركبة كيميائيا من الحمض النووي أو نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي التي يتم طيها في هياكل ثنائية وثلاثية الأبعاد ، مما يجعلها قادرة على استهداف مستضد معين ، وغالبا ما يكون البروتينات56. يشمل الاستهداف القائم على الليجند الببتيدات وسلاسل الأحماض الأمينية القصيرة57. يتضمن الاستهداف القائم على الأجسام المضادة استخدام جسم مضاد كامل ، أو شظايا أجسام مضادة ، مثل شظايا متغيرة أحادية السلسلة أو شظايا مرتبطة بالمستضد51. يتميز استخدام هذه الطريقة بامتلاك موقعي ربط مع تقارب ارتباط عالي مع مستضد مستهدف محدد ، مما يمنحه انتقائية عالية للغاية58. مواقع الربط مماثلة للقفل والمستضد للمفتاح58.
في هذا العمل ، تم تصنيع الأسلحة النووية المستخدمة عن طريق الترسيب الكهربائي على أغشية أكسيد الألومنيوم ، وهي طريقة موصوفة بالتفصيل في منشور سابق59. ينصب التركيز هنا على إطلاق هذه الأسلحة النووية من أكسيد الحديد والحديد (القشرة الأساسية) من الأغشية وتشغيلها بيولوجيا بأجسام مضادة محددة لتوفير قدرة استهداف. لا يمكن للأجسام المضادة أن ترتبط مباشرة بأكسيد الحديد والحديد NWs وتتطلب رابطا. يوفر طلاء NWs باستخدام APTES مجموعات أمينية مجانية ، مما يتيح الارتباط التساهمي عبر مجموعة الكربوكسيل على الأجسام المضادة (الشكل 1). تتمثل ميزة طلاء APTES في قدرته على العمل لكل من الموادالمغناطيسية 21 وغير المغناطيسية60 ، مثل الحديد / الذهب أو النيكل / الذهب NWs45. يمكن استخدام جميع خطوات الطلاء والوظائف الحيوية الموضحة في هذا البروتوكول مع أي مادة نانوية من الحديد / أكسيد الحديد ، بشكل عام. تم استخدام الحديد / أكسيد الحديد NWs هنا كمثال. تظهر النتائج أن NWs التي تعمل بالأجسام المضادة لها مستضد عالي لمستقبلات سطح الخلية المحددة ، والتي يمكن استخدامها لتطبيقات مختلفة. ومن الأمثلة على ذلك فصل الخلايا ، وتوصيل الأدوية ، وعلاج الخلايا السرطانية المحددة باستخدام العلاجات الحرارية الضوئية و / أو المغناطيسية الميكانيكية.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>2 mL tube (snap-cap Microcentrifuge)</td>
			<td>Eppendorf, Fisherscientific</td>
			<td>05-402-7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-N-Morpholino EthaneSulfonic acid hydrate 99% (MES)</td>
			<td>Thermscientific</td>
			<td>AC172590250</td>
			<td>Concentration 0.1 M and pH 4.7</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3-3-Dimethyl-aminopropyl Carbodiimide (EDC)</td>
			<td>Thermofisher</td>
			<td>PG82079</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3-AminoPropyl-Tri-Ethoxy-Silane (APTES)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>919302</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5 mL glass tube</td>
			<td>Fisherscientific</td>
			<td>03-339-22C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>96-well plate ( flat bottom)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>CLS3595</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-CD44 antibody</td>
			<td>BD Biosciences</td>
			<td>550990</td>
			<td>Clone 515, concentration 1 mg/mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>APTES ((3-Aminopropyl)triethoxysilane), 99%</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>919-30-2</td>
			<td>Concentration 99%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BCA assay (Pierce BCA Protein Assay Kit)</td>
			<td>Thermofisher</td>
			<td>23225</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bovine Serum Albumin solution (BSA)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>9048-46-8</td>
			<td>Concentration 35%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell incubator</td>
			<td>Thermofisher</td>
			<td>50116047</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell viability reagent</td>
			<td>AlamarBlue,Thermofisher</td>
			<td>DAL1025</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Colon cancer cells - HCT116 cell line</td>
			<td>ATCC</td>
			<td>430641</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hardwood Hammer</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Any hammer tool can be used, there is no specific brand.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Inductively coupled plasma Mass Spectrometer (ICP-MS)</td>
			<td>Perkin Elmer</td>
			<td>ELAN 9000 ICP-MS</td>
			<td>The used software is &#34;Elan instrument control session&#34;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laboratory Retort Stand with Clamp</td>
			<td>RVFM</td>
			<td>13-0140</td>
			<td>This is used to handle the 5 mL glass tube in the sonicator bath.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnetic rack (DynaMag-2 Magnet)</td>
			<td>Thermofisher</td>
			<td>12321D</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>McCoy&#8217;s 5A Medium 1x</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>16600082</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microplate reader (Bio-Rad xMark Absorbance Spectrophotometer)</td>
			<td>Bio-Rad</td>
			<td>1681150</td>
			<td>Microplate Manager 6 software (#168-9520)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate buffered saline (PBS) 10x</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>14200067</td>
			<td>Concentration 0.1 M (No calcuim, no magnesium)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate buffered saline (PBS) 1x</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>14190136</td>
			<td>Concentration 0.01 M (No calcuim, no magnesium)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plate shaker (Microplate Genie)</td>
			<td>Scientific Industries (Genie)</td>
			<td>SI-0400</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Single Edge Razor blades</td>
			<td>Polysciences</td>
			<td>08410-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodum hydrixide (NaOH)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>1310-73-2</td>
			<td>Concentration 1 M, pH 13</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sulfo-N-HydroxySulfosuccinimide (sulfo-NHS)</td>
			<td>Thermofisher</td>
			<td>106627-54-7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypsin</td>
			<td>ATCC</td>
			<td>30-2101</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tube rotator</td>
			<td>VWR</td>
			<td>10136-084</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tube shaker (Eppendorf Thermomixer R Mixer, 2.0 mL)</td>
			<td>Eppendorf, Fisherscientific</td>
			<td>05-400-204</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrasonic bath (2510)</td>
			<td>Branson</td>
			<td>2489502</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

biofunctionalization of magnetic nanomaterials

حظيت المواد النانوية المغناطيسية باهتمام كبير في التطبيقات الطبية الحيوية المختلفة. يعد الأداء الحيوي لهذه المواد النانوية بعوامل استهداف محددة جانبا حاسما لتعزيز فعاليتها في التشخيص والعلاج مع تقليل الآثار الجانبية إلى الحد الأدنى. تتمثل فائدة المواد النانوية المغناطيسية مقارنة بالمواد غير المغناطيسية في قدرتها على الاستجابة للمجالات المغناطيسية بطريقة خالية من الاتصال وعلى مسافات كبيرة. هذا يسمح بتوجيهها أو تجميعها ، بينما يمكن أيضا مراقبتها. في الآونة الأخيرة ، تم تطوير أسلاك نانوية مغناطيسية (NWs) ذات ميزات فريدة للتطبيقات الطبية الحيوية. تتيح اللحظة المغناطيسية الكبيرة لهذه الأسلحة النووية التحكم عن بعد بشكل أكثر كفاءة في حركتها بواسطة مجال مغناطيسي. وقد تم استخدام هذا بنجاح كبير في علاج السرطان ، وتوصيل الأدوية ، وتتبع الخلايا ، وتمايز الخلايا الجذعية أو التصوير بالرنين المغناطيسي. بالإضافة إلى ذلك ، يوفر تصنيع NW عن طريق الترسيب الكهروكيميائي بمساعدة القالب طريقة متعددة الاستخدامات مع تحكم صارم في خصائص NW. خاصة الحديد NWs وأكسيد الحديد وأكسيد الحديد (القشرة الأساسية) NWs مناسبة للتطبيقات الطبية الحيوية ، بسبب المغنطة العالية والسمية المنخفضة.
في هذا العمل ، نقدم طريقة للوظائف الحيوية للحديد / أكسيد الحديد NWs بأجسام مضادة محددة موجهة ضد علامة سطح خلية معينة يتم التعبير عنها بشكل مفرط في عدد كبير من الخلايا السرطانية. نظرا لأن الطريقة تستخدم خصائص سطح أكسيد الحديد ، فإنها تنطبق أيضا على جسيمات أكسيد الحديد النانوية فائقة المغناطيسية. يتم طلاء NWs أولا ب 3-aminopropyl-tri-ethoxy-silane (APTES) الذي يعمل كرابط ، والذي ترتبط به الأجسام المضادة تساهميا. تم إثبات طلاء APTES والوظيفة الحيوية للأجسام المضادة من خلال التحليل الطيفي لفقدان الطاقة الإلكترونية (EELS) وقياسات جهد زيتا. بالإضافة إلى ذلك ، يتم اختبار مستضدية الأجسام المضادة على NWs باستخدام الترسيب المناعي واللطخة الغربية. تتم دراسة الاستهداف المحدد لل NWs ذات الوظائف الحيوية وتوافقها الحيوي بواسطة الفحص المجهري متحد البؤر ومقايسة صلاحية الخلية.

Watch this Scientific Journal Video about Biofunctionalization of Magnetic Nanomaterials at JoVE.com

Biofunctionalization of Magnetic Nanomaterials

في هذا العمل ، نقدم بروتوكولا للوظائف الحيوية للمواد النانوية المغناطيسية مع الأجسام المضادة لاستهداف خلايا محددة. على سبيل المثال ، نستخدم أسلاك الحديد النانوية لاستهداف الخلايا السرطانية.

الوظيفة الحيوية للمواد النانوية المغناطيسية

Magnetic nanomaterials have received great attention in different biomedical applications. Biofunctionalizing these nanomaterials with specific targeting ...

biofunctionalization-of-magnetic-nanomaterials

Research

JoVE Journal

Bioengineering

2.5K Views.  King Abdullah University of Science and Technology. في هذا العمل ، نقدم بروتوكولا للوظائف الحيوية للمواد النانوية المغناطيسية مع الأجسام المضادة لاستهداف خلايا محددة. على سبيل المثال ، نستخدم أسلاك الحديد النانوية لاستهداف الخلايا السرطانية.

Video: Biofunctionalization of Magnetic Nanomaterials

Registered Bioimaging of Nanomaterials for Diagnostic and Therapeutic Monitoring

Nanomedications can be carried by blood borne monocyte-macrophages into the reticuloendothelial system (RES; spleen, liver, lymph nodes) and to end organs. The latter include the lung, RES, and brain and are operative during human immunodeficiency virus type one (HIV-1) infection. Macrophage entry into tissues is notable in areas of active HIV-1 replication and sites of inflammation. In order to assess the potential of macrophages as nanocarriers, superparamagnetic iron-oxide and/or drug laden particles coated with surfactants were parenterally injected into HIV-1 encephalitic mice. This was done to quantitatively assess particle and drug biodistribution. Magnetic resonance imaging (MRI) test results were validated by histological coregistration and enhanced image processing. End organ disease as typified by altered brain histology were assessed by MRI. The demonstration of robust migration of nanoformulations into areas of focal encephalitis provides '"proof of concept" for the use of advanced bioimaging techniques to monitor macrophage migration. Importantly, histopathological aberrations in brain correlate with bioimaging parameters making the general utility of MRI in studies of cell distribution in disease feasible. We posit that using such methods can provide a real time index of disease burden and therapeutic efficacy with translational potential to humans.

Bioimaging methods used to assess cell biodistribution of nanoparticles are applicable for therapeutic and diagnostic monitoring of nanoformulated compounds. The methods described herein are sensitive and specific when assessed by histological coregistration. The methodologies provide a translational pathway from rodent to human applications.

Bioimaging مسجلة لرصد المواد النانوية للتشخيص والعلاج

Nanomedications can be carried by blood borne monocyte-macrophages into the reticuloendothelial system (RES; spleen, liver, lymph nodes) and to end ...

Magnetic Resonance Elastography Methodology for the Evaluation of Tissue Engineered Construct Growth

Traditional mechanical testing often results in the destruction of the sample, and in the case of long term tissue engineered construct studies, the use of destructive assessment is not acceptable. A proposed alternative is the use of an imaging process called magnetic resonance elastography. Elastography is a nondestructive method for determining the engineered outcome by measuring local mechanical property values (i.e., complex shear modulus), which are essential markers for identifying the structure and functionality of a tissue. As a noninvasive means for evaluation, the monitoring of engineered constructs with imaging modalities such as magnetic resonance imaging (MRI) has seen increasing interest in the past decade1. For example, the magnetic resonance (MR) techniques of diffusion and relaxometry have been able to characterize the changes in chemical and physical properties during engineered tissue development2. The method proposed in the following protocol uses microscopic magnetic resonance elastography (&mu;MRE) as a noninvasive MR based technique for measuring the mechanical properties of small soft tissues3. MRE is achieved by coupling a sonic mechanical actuator with the tissue of interest and recording the shear wave propagation with an MR scanner4. Recently, &mu;MRE has been applied in tissue engineering to acquire essential growth information that is traditionally measured using destructive mechanical macroscopic techniques5. In the following procedure, elastography is achieved through the imaging of engineered constructs with a modified Hahn spin-echo sequence coupled with a mechanical actuator. As shown in Figure 1, the modified sequence synchronizes image acquisition with the transmission of external shear waves; subsequently, the motion is sensitized through the use of oscillating bipolar pairs. Following collection of images with positive and negative motion sensitization, complex division of the data produce a shear wave image. Then, the image is assessed using an inversion algorithm to generate a shear stiffness map6. The resulting measurements at each voxel have been shown to strongly correlate (R2&gt;0.9914) with data collected using dynamic mechanical analysis7. In this study, elastography is integrated into the tissue development process for monitoring human mesenchymal stem cell (hMSC) differentiation into adipogenic and osteogenic constructs as shown in Figure 2.

The procedure demonstrates the methodology of magnetic resonance elastography for monitoring the engineered outcome of adipose and osteogenic tissue engineered constructs through noninvasive local assessment of the mechanical properties using microscopic magnetic resonance elastography (&mu;MRE).

المغناطيسي منهجية Elastography الرنين لتقييم الأنسجة المهندسة النمو كونستركت

Traditional mechanical testing often results in the destruction of the sample, and in the case of long term tissue engineered construct studies, the use ...

Low Molecular Weight Protein Enrichment on Mesoporous Silica Thin Films for Biomarker Discovery

The identification of circulating biomarkers holds great potential for non invasive approaches in early diagnosis and prognosis, as well as for the monitoring of therapeutic efficiency.1-3 The circulating low molecular weight proteome (LMWP) composed of small proteins shed from tissues and cells or peptide fragments derived from the proteolytic degradation of larger proteins, has been associated with the pathological condition in patients and likely reflects the state of disease.4,5 Despite these potential clinical applications, the use of Mass Spectrometry (MS) to profile the LMWP from biological fluids has proven to be very challenging due to the large dynamic range of protein and peptide concentrations in serum.6 Without sample pre-treatment, some of the more highly abundant proteins obscure the detection of low-abundance species in serum/plasma. Current proteomic-based approaches, such as two-dimensional polyacrylamide gel-electrophoresis (2D-PAGE) and shotgun proteomics methods are labor-intensive, low throughput and offer limited suitability for clinical applications.7-9 Therefore, a more effective strategy is needed to isolate LMWP from blood and allow the high throughput screening of clinical samples. 
Here, we present a fast, efficient and reliable multi-fractionation system based on mesoporous silica chips to specifically target and enrich LMWP.10,11 Mesoporous silica (MPS) thin films with tunable features at the nanoscale were fabricated using the triblock copolymer template pathway. Using different polymer templates and polymer concentrations in the precursor solution, various pore size distributions, pore structures, connectivity and surface properties were determined and applied for selective recovery of low mass proteins. The selective parsing of the enriched peptides into different subclasses according to their physicochemical properties will enhance the efficiency of recovery and detection of low abundance species. In combination with mass spectrometry and statistic analysis, we demonstrated the correlation between the nanophase characteristics of the mesoporous silica thin films and the specificity and efficacy of low mass proteome harvesting. The results presented herein reveal the potential of the nanotechnology-based technology to provide a powerful alternative to conventional methods for LMWP harvesting from complex biological fluids. Because of the ability to tune the material properties, the capability for low-cost production, the simplicity and rapidity of sample collection, and the greatly reduced sample requirements for analysis, this novel nanotechnology will substantially impact the field of proteomic biomarker research and clinical proteomic assessment.

We developed a technology based on mesoporous silica thin film for the selective recovery of low molecular weight proteins and peptides from human serum. The physico-chemical properties of our mesoporous chips were finely tuned to provide substantial control in peptide enrichment and consequently profile the serum proteome for diagnostic purposes.

بروتين منخفض الوزن الجزيئي تخصيب اليورانيوم على أفلام السيليكا Mesoporous رقيقة لاكتشاف العلامات البيولوجية

The identification of circulating biomarkers holds great potential for non invasive approaches in early diagnosis and prognosis, as well as for the ...

Hollow Microneedle-based Sensor for Multiplexed Transdermal Electrochemical Sensing

The development of a minimally invasive multiplexed monitoring system for rapid analysis of biologically-relevant molecules could offer individuals suffering from chronic medical conditions facile assessment of their immediate physiological state. Furthermore, it could serve as a research tool for analysis of complex, multifactorial medical conditions. In order for such a multianalyte sensor to be realized, it must be minimally invasive, sampling of interstitial fluid must occur without pain or harm to the user, and analysis must be rapid as well as selective.
Initially developed for pain-free drug delivery, microneedles have been used to deliver vaccines and pharmacologic agents (e.g., insulin) through the skin.1-2 Since these devices access the interstitial space, microneedles that are integrated with microelectrodes can be used as transdermal electrochemical sensors. Selective detection of glucose, glutamate, lactate, hydrogen peroxide, and ascorbic acid has been demonstrated using integrated microneedle-electrode devices with carbon fibers, modified carbon pastes, and platinum-coated polymer microneedles serving as transducing elements.3-7,8
This microneedle sensor technology has enabled a novel and sophisticated analytical approach for in situ and simultaneous detection of multiple analytes. Multiplexing offers the possibility of monitoring complex microenvironments, which are otherwise difficult to characterize in a rapid and minimally invasive manner. For example, this technology could be utilized for simultaneous monitoring of extracellular levels of, glucose, lactate and pH,9 which are important metabolic indicators of disease states7,10-14 (e.g., cancer proliferation) and exercise-induced acidosis.15

This article details the construction of a multiplexed microneedle-based sensor. The device is being developed for in situ sampling and electrochemical analysis of multiple analytes in a rapid and selective manner. We envision clinical medicine and biomedical research uses for these microneedle-based sensors.

أجوف Microneedle المستندة إلى الاستشعار عن تعدد في الإرسال الاستشعار الكهروكيميائية عبر الجلد

The development of a minimally invasive multiplexed monitoring system for rapid analysis of biologically-relevant molecules could offer individuals ...

Determination of the Transport Rate of Xenobiotics and Nanomaterials Across the Placenta using the ex vivo Human Placental Perfusion Model

Decades ago the human placenta was thought to be an impenetrable barrier between mother and unborn child. However, the discovery of thalidomide-induced birth defects and many later studies afterwards proved the opposite. Today several harmful xenobiotics like nicotine, heroin, methadone or drugs as well as environmental pollutants were described to overcome this barrier. With the growing use of nanotechnology, the placenta is likely to come into contact with novel nanoparticles either accidentally through exposure or intentionally in the case of potential nanomedical applications. Data from animal experiments cannot be extrapolated to humans because the placenta is the most species-specific mammalian organ 1. Therefore, the ex vivo dual recirculating human placental perfusion, developed by Panigel et al. in 1967 2 and continuously modified by Schneider et al. in 1972 3, can serve as an excellent model to study the transfer of xenobiotics or particles.
Here, we focus on the ex vivo dual recirculating human placental perfusion protocol and its further development to acquire reproducible results.
The placentae were obtained after informed consent of the mothers from uncomplicated term pregnancies undergoing caesarean delivery. The fetal and maternal vessels of an intact cotyledon were cannulated and perfused at least for five hours. As a model particle fluorescently labelled polystyrene particles with sizes of 80 and 500 nm in diameter were added to the maternal circuit. The 80 nm particles were able to cross the placental barrier and provide a perfect example for a substance which is transferred across the placenta to the fetus while the 500 nm particles were retained in the placental tissue or maternal circuit. The ex vivo human placental perfusion model is one of few models providing reliable information about the transport behavior of xenobiotics at an important tissue barrier which delivers predictive and clinical relevant data.

Determination of the Transport Rate of Xenobiotics and Nanomaterials Across the Placenta using the ex vivo Human Placental Perfusion Model

The ex vivo dual recirculating human placental perfusion model can be used to investigate the transfer of xenobiotics and nanoparticles across the human placenta. In this video protocol we describe the equipment and techniques required for a successful execution of a placenta perfusion.

تحديد معدل النقل من الاكسيوبيوتك والمواد النانوية عبر المشيمة باستخدام<em&gt; خارج الحي</em&gt; الإنسان المشيمة الإرواء الموديل

Decades ago the human placenta was thought to be an impenetrable barrier between mother and unborn child. However, the discovery of thalidomide-induced ...

Magnetic Tweezers for the Measurement of Twist and Torque

Single-molecule techniques make it possible to investigate the behavior of individual biological molecules in solution in real time. These techniques include so-called force spectroscopy approaches such as atomic force microscopy, optical tweezers, flow stretching, and magnetic tweezers. Amongst these approaches, magnetic tweezers have distinguished themselves by their ability to apply torque while maintaining a constant stretching force. Here, it is illustrated how such a &#8220;conventional&#8221; magnetic tweezers experimental configuration can, through a straightforward modification of its field configuration to minimize the magnitude of the transverse field, be adapted to measure the degree of twist in a biological molecule. The resulting configuration is termed the freely-orbiting magnetic tweezers. Additionally, it is shown how further modification of the field configuration can yield a transverse field with a magnitude intermediate between that of the &#8220;conventional&#8221; magnetic tweezers and the freely-orbiting magnetic tweezers, which makes it possible to directly measure the torque stored in a biological molecule. This configuration is termed the magnetic torque tweezers. The accompanying video explains in detail how the conversion of conventional magnetic tweezers into freely-orbiting magnetic tweezers and magnetic torque tweezers can be accomplished, and demonstrates the use of these techniques. These adaptations maintain all the strengths of conventional magnetic tweezers while greatly expanding the versatility of this powerful instrument.

Magnetic tweezers, a powerful single-molecule manipulation technique, can be adapted for the direct measurements of the twist (using a configuration called freely-orbiting magnetic tweezers) and torque (using a configuration termed magnetic torque tweezers) in biological macromolecules. Guidelines for performing such measurements are given, including applications to the study of DNA and associated nucleo-protein filaments.

الملقط المغناطيسي لقياس تطور وعزم الدوران

Single-molecule techniques make it possible to investigate the behavior of individual biological molecules in solution in real time. These techniques ...

Porous Silicon Microparticles for Delivery of siRNA Therapeutics

Small interfering RNA (siRNA) can be used to suppress gene expression, thereby providing a new avenue for the treatment of various diseases. However, the successful implementation of siRNA therapy requires the use of delivery platforms that can overcome the major challenges of siRNA delivery, such as enzymatic degradation, low intracellular uptake and lysosomal entrapment. Here, a protocol for the preparation and use of a biocompatible and effective siRNA delivery system is presented. This platform consists of polyethylenimine (PEI) and arginine (Arg)-grafted porous silicon microparticles, which can be loaded with siRNA by performing a simple mixing step. The silicon particles are gradually degraded over time, thereby triggering the formation of Arg-PEI/siRNA nanoparticles. This delivery vehicle provides a means for protecting and internalizing siRNA, without causing cytotoxicity. The major steps of polycation functionalization, particle characterization, and siRNA loading are outlined in detail. In addition, the procedures for determining particle uptake, cytotoxicity, and transfection efficacy are also described.

Delivery remains the main challenge for the therapeutic implementation of small interfering RNA (siRNA). This protocol involves the use of a multifunctional and biocompatible siRNA delivery platform, consisting of arginine and polyethylenimine grafted porous silicon microparticles.

مسامية السيليكون المجهرية الدقيقة لتسليم سيرنا التداوي

Small interfering RNA (siRNA) can be used to suppress gene expression, thereby providing a new avenue for the treatment of various diseases. However, the ...

Fabrication of a Functionalized Magnetic Bacterial Nanocellulose with Iron Oxide Nanoparticles

In this study, bacterial nanocellulose (BNC) produced by the bacteria Gluconacetobacter xylinus is synthesized and impregnated in situ with iron oxide nanoparticles (IONP) (Fe3O4) to yield a magnetic bacterial nanocellulose (MBNC). The synthesis of MBNC is a precise and specifically designed multi-step process. Briefly, bacterial nanocellulose (BNC) pellicles are formed from preserved G. xylinus strain according to our experimental requirements of size and morphology. A solution of iron(III) chloride hexahydrate (FeCl3&#183;6H2O) and iron(II) chloride tetrahydrate (FeCl2&#183;4H2O) with a 2:1 molar ratio is prepared and diluted in deoxygenated high purity water. A BNC pellicle is then introduced in the vessel with the reactants. This mixture is stirred and heated at 80 &#176;C in a silicon oil bath and ammonium hydroxide (14%) is then added by dropping to precipitate the ferrous ions into the BNC mesh. This last step allows forming in situ magnetite nanoparticles (Fe3O4) inside the bacterial nanocellulose mesh to confer magnetic properties to BNC pellicle. A toxicological assay was used to evaluate the biocompatibility of the BNC-IONP pellicle. Polyethylene glycol (PEG) was used to cover the IONPs in order to improve their biocompatibility. Scanning electron microscopy (SEM) images showed that the IONP were located preferentially in the fibril interlacing spaces of the BNC matrix, but some of them were also found along the BNC ribbons. Magnetic force microscope measurements performed on the MBNC detected the presence magnetic domains with high and weak intensity magnetic field, confirming the magnetic nature of the MBNC pellicle. Young&#39;s modulus values obtained in this work are also in a reasonable agreement with those reported for several blood vessels in previous studies.

Here, we present a protocol to make a bacterial nanocellulose (BNC) magnetic for applications in damaged blood vessel reconstruction. The BNC was synthesized by G. xylinus strain. On the other hand, magnetization of the BNC was realized through in situ precipitation of Fe2+ and Fe3+ ferrous ions inside the BNC mesh.

تلفيق من Functionalized المغناطيسي البكتيرية Nanocellulose مع أكسيد الحديد النانوية

In this study, bacterial nanocellulose (BNC) produced by the bacteria Gluconacetobacter xylinus is synthesized and impregnated in situ with iron oxide ...

Synthesis of Cationized Magnetoferritin for Ultra-fast Magnetization of Cells

Many important biomedical applications, such as cell imaging and remote manipulation, can be achieved by labeling cells with superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs). Achieving sufficient cellular uptake of SPIONs is a challenge that has traditionally been met by exposing cells to elevated concentrations of SPIONs or by prolonging exposure times (up to 72 hr). However, these strategies are likely to mediate toxicity. Here, we present the synthesis of the protein-based SPION magnetoferritin as well as a facile surface functionalization protocol that enables rapid cell magnetization using low exposure concentrations. The SPION core of magnetoferritin consists of cobalt-doped iron oxide with an average particle diameter of 8.2 nm mineralized inside the cavity of horse spleen apo-ferritin. Chemical cationization of magnetoferritin produced a novel, highly membrane-active SPION that magnetized human mesenchymal stem cells (hMSCs) using incubation times as short as one minute and iron concentrations as lows as 0.2 mM.

A protocol for the synthesis and cationization of cobalt-doped magnetoferritin is presented, as well as a method to rapidly magnetize stem cells with cationized magnetoferritin.

توليف Cationized Magnetoferritin للمغنطة فائقة السرعة من الخلايا

Many important biomedical applications, such as cell imaging and remote manipulation, can be achieved by labeling cells with superparamagnetic iron oxide ...

Metabolic Support of Excised, Living Brain Tissues During Magnetic Resonance Microscopy Acquisition

This protocol describes the procedures necessary to support normal metabolic functions of acute brain slice preparations during the collection of magnetic resonance (MR) microscopy data. While it is possible to perform MR collections on living, excised mammalian tissue, such experiments have traditionally been constrained by resolution limits and are thus incapable of visualizing tissue microstructure. Conversely, MR protocols that did achieve microscopic image resolution required the use of fixed samples to accommodate the need for static, unchanging conditions over lengthy scan times. The current protocol describes the first available MR technique that enables imaging of living, mammalian tissue samples at microscopic resolutions. Such data is of great importance to the understanding of how pathology-based contrast changes occurring at the microscopic level influence the content of macroscopic MR scans such as those used in the clinic. Once such an understanding is realized, diagnostic methods with greater sensitivity and accuracy can be developed, which will translate directly to earlier disease treatment, more accurate therapy monitoring and improved patient outcomes.
While the described methodology focuses on brain slice preparations, the protocol is adaptable to any excised tissue slice given that changes are made to the gas and perfusate preparations to accommodate the tissue&#39;s specific metabolic needs. Successful execution of the protocol should result in living, acute slice preparations that exhibit MR diffusion signal stability for periods up to 15.5 h. The primary advantages of the current system over other MR compatible perfusion apparatuses are its compatibility with the MR microscopy hardware required to attain higher resolution images and ability to provide constant, uninterrupted flow with carefully regulated perfusate conditions. Reduced sample throughput is a consideration with this design as only one tissue slice may be imaged at a time.

The current protocol describes a method by which users can maintain viability of acute hippocampal and cortical slice preparations during the collection of magnetic resonance microscopy data.

دعم الأيضية اقتطعت، أنسجة المخ الحية أثناء الرنين المغناطيسي المجهري اقتناء

This protocol describes the procedures necessary to support normal metabolic functions of acute brain slice preparations during the collection of magnetic ...