Name: using magnetometry to monitor cellular incorporation and subsequent biodegradation of chemically synthetized iron oxide nanoparticles
Uploaded: 2021-02-27T13:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Using Magnetometry to Monitor Cellular Incorporation and Subsequent Biodegradation of Chemically Synthetized Iron Oxide Nanoparticles at JoVE.com

이 작품은 유럽 연합 (ERC-2014-CoG 프로젝트 MaTissE #648779)에 의해 지원되었다. 저자는 대학 파리의 CNanoMat physico 화학 특성화 플랫폼을 인정하고 싶습니다 13.

1. 자기 나노 입자의 합성
<ol><li>코어 합성 – 전자레인지 지원<ol>
<li>용해 400 철 (III) 아세틸 레이스토네이트의 mg (>99.9%) 10mL의 벤질 알코올(BA, 99.8%)에서 30mL 단파 유리 유리 바이알 내에서.</li>
		<li>서스펜션의 온도를 20분(11.25°C/min의 속도로) 250°C로 높이고 전자레인지 반응기를 사용하여 30분 동안 250°C로 유지한다.</li>
		<li>벤질 알코올에 매달린 결과 나노입자를 유리 유리병으로 옮기고 30분 동?...

<ol>
	<li>Azevedo-Pereira, R. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Superparamagnetic+iron+oxide+nanoparticles+as+a+tool+to+track+mouse+neural+stem+cells+in+vivo.">Superparamagnetic iron oxide nanoparticles as a tool to track mouse neural stem cells in vivo.</a> Molecular Biology Reports. 46 (1), 191-198 (2019).</li><li>Fayol, D., Frasca, G., Le Visage, C., Gazeau, F., Luciani, N., Wilhelm, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+magnetic+forces+to+promote+stem+cell+aggregation+during+differentiation,+and+cartilage+tissue+modeling.">Use of magnetic forces to promote stem cell aggregation during differentiation, and cartilage tissue modeling.</a> Advanced Materials. 25 (18), 2611-2616 (2013).</li><li>Kim, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-throughput+generation+of+spheroids+using+magnetic+nanoparticles+for+three-dimensional+cell+culture.">High-throughput generation of spheroids using magnetic nanoparticles for three-dimensional cell culture.</a> Biomaterials. 34 (34), 8555-8563 (2013).</li><li>Yamamoto, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+of+artificial+skeletal+muscle+tissues+by+a+magnetic+force-based+tissue+engineering+technique.">Preparation of artificial skeletal muscle tissues by a magnetic force-based tissue engineering technique.</a> Journal of Bioscience and Bioengineering. 108 (6), 538-543 (2009).</li><li>Gon&#231;alves, A. I., Rodrigues, M. T., Gomes, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tissue-engineered+magnetic+cell+sheet+patches+for+advanced+strategies+in+tendon+regeneration.">Tissue-engineered magnetic cell sheet patches for advanced strategies in tendon regeneration.</a> Acta Biomaterialia. 63, 110-122 (2017).</li><li>Du, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+3D+magnetic+tissue+stretcher+for+remote+mechanical+control+of+embryonic+stem+cell+differentiation.">A 3D magnetic tissue stretcher for remote mechanical control of embryonic stem cell differentiation.</a> Nature Communications. 8 (1), 400 (2017).</li><li>Amiri, M., Salavati-Niasari, M., Pardakhty, A., Ahmadi, M., Akbari, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Caffeine:+A+novel+green+precursor+for+synthesis+of+magnetic+CoFe2O4+nanoparticles+and+pH-sensitive+magnetic+alginate+beads+for+drug+delivery.">Caffeine: A novel green precursor for synthesis of magnetic CoFe2O4 nanoparticles and pH-sensitive magnetic alginate beads for drug delivery.</a> Materials Science and Engineering: C. 76, 1085-1093 (2017).</li><li>Vangijzegem, T., Stanicki, D., Laurent, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+iron+oxide+nanoparticles+for+drug+delivery:+applications+and+characteristics.">Magnetic iron oxide nanoparticles for drug delivery: applications and characteristics.</a> Expert Opinion on Drug Delivery. 16 (1), 69-78 (2019).</li><li>Cazares-Cortes, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+insights+in+magnetic+hyperthermia:+From+the+"hot-spot"+effect+for+local+delivery+to+combined+magneto-photo-thermia+using+magneto-plasmonic+hybrids.">Recent insights in magnetic hyperthermia: From the "hot-spot" effect for local delivery to combined magneto-photo-thermia using magneto-plasmonic hybrids.</a> Advanced Drug Delivery Reviews. 138, 233-246 (2019).</li><li>Espinosa, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+(Hyper)Thermia+or+Photothermia?+Progressive+Comparison+of+Iron+Oxide+and+Gold+Nanoparticles+Heating+in+Water,+in+Cells,+and+in+vivo.">Magnetic (Hyper)Thermia or Photothermia? Progressive Comparison of Iron Oxide and Gold Nanoparticles Heating in Water, in Cells, and in vivo.</a> Advanced Functional Materials. 28 (37), 1803660 (2018).</li><li>Plan Sangnier, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Targeted+thermal+therapy+with+genetically+engineered+magnetite+magnetosomes@RGD:+Photothermia+is+far+more+efficient+than+magnetic+hyperthermia.">Targeted thermal therapy with genetically engineered magnetite magnetosomes@RGD: Photothermia is far more efficient than magnetic hyperthermia.</a> Journal of Controlled Release. 279, 271-281 (2018).</li><li>Pham, B. T. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biodistribution+and+Clearance+of+Stable+Superparamagnetic+Maghemite+Iron+Oxide+Nanoparticles+in+Mice+Following+Intraperitoneal+Administration.">Biodistribution and Clearance of Stable Superparamagnetic Maghemite Iron Oxide Nanoparticles in Mice Following Intraperitoneal Administration.</a> International Journal of Molecular Sciences. 19 (1), (2018).</li><li>Kolosnjaj-Tabi, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biotransformations+of+magnetic+nanoparticles+in+the+body.">Biotransformations of magnetic nanoparticles in the body.</a> Nano Today. 11 (3), 280-284 (2016).</li><li>Bargheer, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+distribution+and+degradation+of+radiolabeled+superparamagnetic+iron+oxide+nanoparticles+and+quantum+dots+in+mice.">The distribution and degradation of radiolabeled superparamagnetic iron oxide nanoparticles and quantum dots in mice.</a> Beilstein Journal of Nanotechnology. 6, 111-123 (2015).</li><li>Freund, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple+and+widely+applicable+method+to+59Fe-radiolabel+monodisperse+superparamagnetic+iron+oxide+nanoparticles+for+in+vivo+quantification+studies.">A simple and widely applicable method to 59Fe-radiolabel monodisperse superparamagnetic iron oxide nanoparticles for in vivo quantification studies.</a> ACS Nano. 6 (8), 7318-7325 (2012).</li><li>Singh, S. P., Rahman, M. F., Murty, U. S. N., Mahboob, M., Grover, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparative+study+of+genotoxicity+and+tissue+distribution+of+nano+and+micron+sized+iron+oxide+in+rats+after+acute+oral+treatment.">Comparative study of genotoxicity and tissue distribution of nano and micron sized iron oxide in rats after acute oral treatment.</a> Toxicology and Applied Pharmacology. 266 (1), 56-66 (2013).</li><li>Levy, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long+term+in+vivo+biotransformation+of+iron+oxide+nanoparticles.">Long term in vivo biotransformation of iron oxide nanoparticles.</a> Biomaterials. 32 (16), 3988-3999 (2011).</li><li>Briley-Saebo, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hepatic+cellular+distribution+and+degradation+of+iron+oxide+nanoparticles+following+single+intravenous+injection+in+rats:+implications+for+magnetic+resonance+imaging.">Hepatic cellular distribution and degradation of iron oxide nanoparticles following single intravenous injection in rats: implications for magnetic resonance imaging.</a> Cell and Tissue Research. 316 (3), 315-323 (2004).</li><li>Gu, L., Fang, R. H., Sailor, M. J., Park, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+Clearance+and+Toxicity+of+Monodisperse+Iron+Oxide+Nanocrystals.">In vivo Clearance and Toxicity of Monodisperse Iron Oxide Nanocrystals.</a> ACS Nano. 6 (6), 4947-4954 (2012).</li><li>Sangnier, A. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+magnetic+nanoparticle+surface+coating+on+their+long-term+intracellular+biodegradation+in+stem+cells.">Impact of magnetic nanoparticle surface coating on their long-term intracellular biodegradation in stem cells.</a> Nanoscale. , (2019).</li><li>Mazuel, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magneto-Thermal+Metrics+Can+Mirror+the+Long-Term+Intracellular+Fate+of+Magneto-Plasmonic+Nanohybrids+and+Reveal+the+Remarkable+Shielding+Effect+of+Gold.">Magneto-Thermal Metrics Can Mirror the Long-Term Intracellular Fate of Magneto-Plasmonic Nanohybrids and Reveal the Remarkable Shielding Effect of Gold.</a> Advanced Functional Materials. 27 (9), 1605997 (2017).</li><li>Van de Walle, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biosynthesis+of+magnetic+nanoparticles+from+nano-degradation+products+revealed+in+human+stem+cells.">Biosynthesis of magnetic nanoparticles from nano-degradation products revealed in human stem cells.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 116 (10), 4044-4053 (2019).</li><li>Mazuel, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Massive+Intracellular+Biodegradation+of+Iron+Oxide+Nanoparticles+Evidenced+Magnetically+at+Single-Endosome+and+Tissue+Levels.">Massive Intracellular Biodegradation of Iron Oxide Nanoparticles Evidenced Magnetically at Single-Endosome and Tissue Levels.</a> ACS Nano. 10 (8), 7627-7638 (2016).</li><li>Bee, A., Massart, R., Neveu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+of+very+fine+maghemite+particles.">Synthesis of very fine maghemite particles.</a> Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 149 (1), 6-9 (1995).</li><li>Feldmann, C., Jungk, H. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polyol-Mediated+Preparation+of+Nanoscale+Oxide+Particles.">Polyol-Mediated Preparation of Nanoscale Oxide Particles.</a> Angewandte Chemie International Edition. 40 (2), 359-362 (2001).</li><li>Hyeon, T., Lee, S. S., Park, J., Chung, Y., Na, H. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+of+Highly+Crystalline+and+Monodisperse+Maghemite+Nanocrystallites+without+a+Size-Selection+Process.">Synthesis of Highly Crystalline and Monodisperse Maghemite Nanocrystallites without a Size-Selection Process.</a> Journal of the American Chemical Society. 123 (51), 12798-12801 (2001).</li><li>Pinna, N., Grancharov, S., Beato, P., Bonville, P., Antonietti, M., Niederberger, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetite+Nanocrystals:+Nonaqueous+Synthesis,+Characterization,+and+Solubility.">Magnetite Nanocrystals: Nonaqueous Synthesis, Characterization, and Solubility.</a> Chemistry of Materials. 17 (11), 3044-3049 (2005).</li><li>Richard, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=USPIO+size+control+through+microwave+nonaqueous+sol-gel+method+for+neoangiogenesis+T2+MRI+contrast+agent.">USPIO size control through microwave nonaqueous sol-gel method for neoangiogenesis T2 MRI contrast agent.</a> Nanomedicine. 11 (21), 2769-2797 (2016).</li><li>Ngo, A. T., Pileni, M. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assemblies+of+Ferrite+Nanocrystals:+Partial+Orientation+of+the+Easy+Magnetic+Axes.">Assemblies of Ferrite Nanocrystals: Partial Orientation of the Easy Magnetic Axes.</a> The Journal of Physical Chemistry B. 105 (1), 53-58 (2001).</li><li>Li, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+synthesis+conditions+on+the+properties+of+citric-acid+coated+iron+oxide+nanoparticles.">Effect of synthesis conditions on the properties of citric-acid coated iron oxide nanoparticles.</a> Microelectronic Engineering. 110, 329-334 (2013).</li><li>Sun, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tracking+stem+cells+and+macrophages+with+gold+and+iron+oxide+nanoparticles+-+The+choice+of+the+best+suited+particles.">Tracking stem cells and macrophages with gold and iron oxide nanoparticles - The choice of the best suited particles.</a> Applied Materials Today. 15, 267-279 (2019).</li><li>Buchner, M., H&#246;fler, K., Henne, B., Ney, V., Ney, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tutorial:+Basic+principles,+limits+of+detection,+and+pitfalls+of+highly+sensitive+SQUID+magnetometry+for+nanomagnetism+and+spintronics.">Tutorial: Basic principles, limits of detection, and pitfalls of highly sensitive SQUID magnetometry for nanomagnetism and spintronics.</a> Journal of Applied Physics. 124 (16), 161101 (2018).</li><li>Wilhelm, C., Gazeau, F., Bacri, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetophoresis+and+ferromagnetic+resonance+of+magnetically+labeled+cells.">Magnetophoresis and ferromagnetic resonance of magnetically labeled cells.</a> European Biophysics Journal. 31 (2), 118-125 (2002).</li><li>Jing, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+intracellular+magnetic+nanoparticle+uptake+measured+by+live+cell+magnetophoresis.">Quantitative intracellular magnetic nanoparticle uptake measured by live cell magnetophoresis.</a> The FASEB Journal. 22 (12), 4239-4247 (2008).</li><li>Van de Walle, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real-time+in+situ+magnetic+measurement+of+the+intracellular+biodegradation+of+iron+oxide+nanoparticles+in+a+stem+cell-spheroid+tissue+model.">Real-time in situ magnetic measurement of the intracellular biodegradation of iron oxide nanoparticles in a stem cell-spheroid tissue model.</a> Nano Research. , (2020).</li></ol>

빠르고 효율적인 마이크로파 기반 합성을 사용하여 자기 나노 입자는 제어 된 크기로 쉽게 합성 할 수 있으며 주어진 분자로 더 코팅 할 수 있습니다. 중요한 단계는 작은 분산을 유지하기 위해 진공 상태에서 철소금과 벤질 알코올을 비축하는 것입니다. 벤질 알코올은 용매와 리간드로 동시에 작용하여 추가 리간드 없이 는 교정된 베어 리산화물을 직접 얻을 수 있습니다. 나노 입자가 물에 전달 ...

광범위한 생체 의학 응용 분야에 대한 산화철 나노 입자의 자기 기능에 대한 관심이 증가합니다. 자기 공명에 대한 그들의 반응은 자기 공명 화상 진찰을 위한 믿을 수 있는 조영제를 만듭니다 (MRI), 자기 나노 입자로 표지된 세포가 이식1다음생체내에서 추적될 수 있는 재생 의학에서 이점. 자기장을 사용하여, 세포는 또한 거리에서 유도 될 수있다; 이러한 방식으로, 셀룰러 스페로이드2,3,링4,또는 시트5는 자기적으로 설계될 수 있으며, 또한 원격으로자극6,비계없는 조직의 개발에 있는 자산이다. 이들 나노입자에 대한 가능성의 범위는 또한 약물 전달 시스템7,8 및 자기 및 광유도 열 처리를 포함하여 암세포를 죽이는9,10,11을포함한다. 이러한 모든 응용 분야에서, 나노 입자는 정맥 주사 또는 세포의 직접 내재화를 통해 생물학적 환경에 통합된 다음 내부에 남아 있으며, 이는 세포 내 운명에 의문을 제기합니다.
생체 내 분석에서 유기체에서 나노 입자의 운명에 대한 일반적인 이해를 전달 : 혈류에서 주입시, 그들은 먼저 간 (Kupffer 세포),비장과 골수의 대식세포에 의해 주로 캡처되고, 점진적으로 저하되고, 유기체의 철풀에 가입12,13,14,15,16,17, 18,18. 질적 관측은 유기체 전체에 걸쳐 나노 입자의 순환으로 인해 가능하다. 전형적으로, 전송 전자 현미경검사(TEM)는 나노입자를 직접 관찰하는 데 사용될 수 있으며 장기내철의 존재는 투여를 통해 결정될 수 있다. 최근에는 철분 탈출없이 가까운 회로에서 세포 수면에서 직접 평가되어 세포 수준20,21,22에서생체 변환을 정량적으로 측정할 수 있습니다. 이러한 측정은 구조적 무결성에 단단히 연결된 나노 입자의 자기 특성 분석을 통해 가능합니다. 진동 시료 자기측정(VSM)은 시료가 주기적으로 진동하여 유도된 플럭스의 코일 측정이 적용된 자기장에서 시료의 자기 모멘트를 제공하는 기술이다. 이러한 동기 검출을 통해 많은 수의시료(20,21,22,23)의자기 순간을 결정하는 자산인 신속한 측정을 가능하게 한다. VSM에서 검색한 거시적 자기 서명은 나노입자의 크기와 구조와 직접 상관관계가 있는 전체 생물학적 시료에 대한 정량적 개요를 제공합니다. 특히, 시료의 포화(emu에서 발현)에서 자기 모멘트를 제공하며, 이는 샘플에 존재하는 자기 나노입자의 수를 각각 특정 자기 특성에 정량화한다.
자기 나노 입자의 세포 내 처리가 구조적특징(20)에단단히 연결되어 있는 것으로 나타났다. 이러한 기능은 최적의 합성 프로토콜을 통해 제어할 수 있습니다. 각 프로토콜은 장점과 한계를 제시합니다. 철산화질소 나노입자는 일반적으로철이온(24)의회량화를 통해 수성 용액에서 합성된다. 나노입자 크기의 다각형의 한계를 극복하기 위해 폴리올 매개 솔겔 방법과 같은 다른 합성 방법이25개개발되었다. 열 분해에 의한 비수성 접근법은 매우 잘 보정된 산화질소나노입자(26)의생산으로 이어집니다. 그러나, 올리라민 또는 올레산 과 같은 계면 활성제의 엄청난 양의 사용은 생물 의학 응용 프로그램에 대한 기능화 및 물 전송을 복잡하게. 이러한 이유로, 우리는 높은 결정성, 순도 및재현성(27)으로이어지는 비수성 솔 젤 경로를 통해 이러한 자기 나노입자를 합성한다. 이 프로토콜은 온도변화(28)를통해 조정할 수 있는 잘 제어된 크기의 나노입자를 생성한다. 그럼에도 불구하고, 전자레인지지원 비수성 솔젤 경로는 약 12nm의 얻어진 나노입자의 상한한계를 갖는다. 이 절차는 실온에서 강자성 입자를 사용하는 응용 분야에 적용되지 않습니다. 코어 합성 외에도 고려해야 할 또 다른 주요 특징은 코팅입니다. 나노 입자의 표면에 누워, 코팅은 나노 입자의 표적 내재화를 돕는 고정 분자 역할을, 또는 분해로부터 나노 입자를 보호 할 수 있습니다. 벤질 알코올은 산소 공급원과 리간드역할을 동시에 하기 때문에, 베어 나노입자는 추가계활성제 나 리간드없이 생산된다. 나노 입자는 계면 활성제 교환 과정없이 합성 후 쉽게 표면 기능화된다.
본명, 나노입자의 2가지 유형은 동일한 코어를 가지고 코팅이 다른 것으로 평가된다. 코어는 빠르고 매우 효율적인 전자 레인지 기반 기술을 사용하여 합성됩니다. 비교된 두 코팅은 구연산으로 구성되며, 생체 의학 응용 분야에서 코팅제로 가장 많이 사용되는 중하나인 29,30,및 폴리아크릴산(PAA), 다수질 기능의 수가 많은 폴리머 코팅. VSM 자기측정측정은 먼저 세포에 의한 나노입자 섭취를 정량화한 다음 줄기세포의 내재화 시 나노입자 구조적 무결성을 직접 평가하는 데 사용된다. 결과는 인큐베이션 농도가 나노입자 섭취에 영향을 미치고 코팅이 저하에 영향을 미치고 PAA의 많은 수의 앵커링 분자가 저하로부터 코어를 보호한다는 것을 보여줍니다.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>0.05% Trypsin-EDTA (1x)</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>25300-054</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Benzyl alcohol for synthesis</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>8.22259</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dexamethasone</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>D4902</td>
			<td>Prepare a 1 mM stock solution diluted in Ethanol 100% and store at -20&#176;C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dichloromethane &#8805;99% stabilised, GPR RECTAPUR</td>
			<td>VWR Chemicals</td>
			<td>23367</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM with Glutamax I</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>31966-021</td>
			<td>No sodium pyruvate, no HEPES</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol absolute</td>
			<td>VWR</td>
			<td>20821.310</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal Bovine Serum</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>10270-106</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Formalin solution 10% neutral buffered</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>HT5012</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrochloric acid, 1.0N Standardized Solution</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>35640</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Iron(III) acetylacetonate (&#62; 99.9%)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>517003</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ITS Premix Universal Culture Supplement (20x)</td>
			<td>Corning</td>
			<td>354352</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-Ascorbic Acid 2-phosphate</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>A8960</td>
			<td>Prepare a fresh concentrated solution (25 mM) diluted in distilled water</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-Proline</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>P5607</td>
			<td>Prepare a 175 mM stock solution diluted in distilled water and store at 4&#176;C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mesenchymal Stem Cell (MSC)</td>
			<td>Lonza</td>
			<td>PT-2501</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Monowave glass vial</td>
			<td>Anton Paar</td>
			<td>82723_us</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microwave reactor</td>
			<td>Anton Paar</td>
			<td>Monowave 300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MSCGM BulletKit medium</td>
			<td>Lonza</td>
			<td>PT-3001</td>
			<td>For the complete medium, add the provided BulletKit (containing serum, glutamine and antibiotics) to the MSCGM medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PBS w/o CaCl2 w/o MgCl2</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>14190-094</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin (10.000U/mL)/Streptomicin (10.000&#181;g/mL)</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>15140-122</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly(acrylic acid, sodium salt)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>416010</td>
			<td>MW = 1200 g/mol</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RPMI medium 1640, no Glutamine</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>31870-025</td>
			<td>No sodium pyruvate, no HEPES</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium hydroxide, 1.0N Standardized Solution</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>35629</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium pyruvate solution 100mM</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>S8636</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterile conical centrifuge tube</td>
			<td>Falcon</td>
			<td>352097</td>
			<td>15 mL tubes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypsin-EDTA (0.05%), phenol red</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>25300054</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tri-sodium citrate</td>
			<td>VWR</td>
			<td>33615.268</td>
			<td>Prepare a 1 M stock solution diluted in distilled water and store at 4&#176;C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tri-Sodium Citrate Dihydrate, Certified AR for Analysis</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>10396430</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultra centrifugal filter</td>
			<td>Amicon</td>
			<td>AC S510024</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

using magnetometry to monitor cellular incorporation and subsequent biodegradation of chemically synthetized iron oxide nanoparticles

산화철로 만든 마그네틱 나노입자는 세포에서 종종 내면화된 다음 그 안에 남겨지는 광범위한 생물 의학 응용 분야에 대한 특이한 관심을 제시합니다. 한 가지 과제는 안정적이고 정밀한 방법론으로 세포 내 환경에서 자신의 운명을 평가하는 것입니다. 본원에서, 우리는 자기 모멘티브를 측정하여 세포 내자기 나노 입자의 무결성을 정확하게 정량화하기 위해 진동 시료 자력계(VSM)의 사용을 소개합니다. 줄기 세포는 먼저 자기 나노 입자의 두 가지 유형으로 표시; 나노 입자는 빠르고 효율적인 마이크로파 기반의 비수성 솔 젤 합성을 통해 생성되는 동일한 코어를 가지며 코팅이 다릅니다: 일반적으로 사용되는 구연산 분자는 폴리아크릴산과 비교된다. 3D 세포-스페로이드의 형성은 원심분리를 통해 달성되고 이러한 스페로이드의 자기 모멘트는 VSM과 다른 시간에 측정된다. 얻어진 모멘트는 나노입자의 무결성의 직접적인 지문이며, 나노입자 분해를 나타내는 값이 감소합니다. 두 나노 입자의 경우 자기 모멘은 배양 시간이 지남에 따라 감소하여 생분해를 드러냅니다. 구연산과 비교했을 때 폴리아크릴산 코팅의 보호 효과도 나타난다.

전자레인지 보조 합성을 사용하여, 단면 8.8 ± 2.5 nm 코어 크기를 가진 자기 나노 입자가 구연산 또는 PAA(도1A)로생성되고 코팅된다. 줄기세포는 30분 동안 주어진 농도로 배양 배지에 분산된 이러한 나노입자로 배양되어 세포 내분(도1B)내내내세포 및 감금을 초래한다. 자기 줄기 세포는 그 때 매체에서 중단되고, 원심분리되고, 형성된 세포 펠릿은 21일까...

Watch this Scientific Journal Video about Using Magnetometry to Monitor Cellular Incorporation and Subsequent Biodegradation of Chemically Synthetized Iron Oxide Nanoparticles at JoVE.com

Using Magnetometry to Monitor Cellular Incorporation and Subsequent Biodegradation of Chemically Synthetized Iron Oxide Nanoparticles

산화철 나노입자는 비수성 솔 젤 시술을 통해 합성되고 음이온 짧은 분자 또는 폴리머로 코팅된다. 인간 줄기 세포 내부의 자기 나노 입자의 통합 및 생체 변환을 모니터링하기 위한 자기 측정의 사용은 진동 시료 자력계(VSM)를 사용하여 입증된다.

자기 측정을 사용하여 화학적으로 합성된 산화철 나노 입자의 세포 통합 및 후속 생분해를 모니터링합니다.

Magnetic nanoparticles, made of iron oxide, present a peculiar interest for a wide range of biomedical applications for which they are often internalized ...

이 비디오는 자기 나노 입자의 합성과 생물학적 환경에서의 변형을 촬영하기 위해 자기 측정법을 사용하는 빠르고 효율적인 방법을 소개합니다. 자기 나노 입자는 생체 의학 응용 프로그램에 대한 증가 관심을 끌고있다, 그리고 한 번 세포에서 내면화 그 운명을 이해하는 것이 중요하다. 이것은 세포 자성을 측정하여 여기에서 달성됩니다.자기 나노 입자 합성 및 측정 모두, 결과 오염에 의해 영향을 받을 수 있습니다. 잘 세척된 화학 용 바이알을 사용하고 자기계 장비가 오염이 없는지 확인하십시오. 자기 측정 샘플 홀더는 일반적으로 분말 샘플에 사용됩니다.우리는 액체 또는 생물학적 샘플에 홀더의 사용을 적응하는 방법을 보여줍니다. 30 밀리리터 마나 웨이브 유리 유리 바이알에서 400 밀리그램의 철 3개 아세틸라토네이트를 10밀리리터의 벤질 알코올로 녹입니다. 전자레인지 원자로를 사용하여 현탁액을 섭씨 25도에서 섭씨 250도로 가열하여 분당 섭씨 11.25도의 속도로 가열하고 섭씨 250도에서 유지합니다.나노 입자를 분리하려면 30 분 동안 네오디뮴 자석을 적용하십시오. 나노입자를 펠릿하기 위해 지정된 세척액10밀리리터를 사용하여 5분 동안 네오디뮴 자석을 적용하여 일련의 세척을 수행합니다. 여과를 제거하고 마이너스 2 개의 어금니 염산에 10 밀리리터 12 밀리리터를 추가합니다.서스펜션과 100킬로달톤 필터를 2, 200배 G에서 10분간 원심분리합니다. 그런 다음 나노 입자를 10 밀리리터에서 마이너스 2개의 어금니 염산으로 재차 축한다. 원고에 설명된 바와 같이 코팅 분자 용액을 준비한다.코팅 분자와 나노입자 사이의 질량 비율로 코팅 분자 용액에 10 밀리리터 나노입자 수성 분산을 추가합니다. 그런 다음 자기 교반기를 사용하여 실온에서 2 시간 동안 혼합물을 교반합니다. 반응이 완료된 후, 수산화나트륨 1개를 사용하여 혼합물의 pH를 7개로 조절한다.인간 중간엽 줄기 세포의 배양물이 5및 90%의 컨fluent 통로에 있을 때, 배지를 제거하고 글루타민 없이 혈청이 없는 RPMI로 세포를 헹구는다. 각 150 평방 센티미터 배양 플라스크에 나노 입자 서스펜션의 10 밀리리터를 추가하십시오. 플라스크를 섭씨 37도, 이산화탄소 5%에서 30분간 배양합니다.그런 다음 나노 입자 현탁액을 포함하는 매체를 버리고 혈청이없는 RPMI 1640으로 세포를 한 번 씻는다. 10%의 FBS와 1%페니실린 연쇄절제술로 보충된 DMEM을 추가합니다. 나노 입자의 완전한 내산화를 허용하기 위해 섭씨 37도 및 이산화탄소 5 %에서 하룻밤 동안 배양하십시오.자기 라벨이 부착된 MSC의 각 플라스크에 섭씨 37도에 예동된 0.05%의 트립신 EDTA 10밀리리터를 추가합니다. 2~3분 후에 세포가 분리되면 미리 경고된 DMEM 의 부피의 3분의 1을 추가하여 트립신을 즉시 비활성화합니다. 분리된 세포를 5분 동안 260배 G로 원심분리합니다.배지를 흡인시키고 50 마이크로리터 당 약 200, 000 세포의 농도로 소량의 세포-스페로이드 배양 배지에서 세포를 재연한다. 15 밀리리터 멸균 원심 분리튜브에 갓 준비된 세포-스페로이드 배양 배지 1밀리리터를 넣습니다. 그런 다음 200, 000 셀에 해당하는 셀 현탁액의 부피를 추가합니다.원심분리기는 튜브 의 바닥에 세포 펠릿을 형성하기 위해 3 분 동안 180 배 G에서 자기 로 표지 된 세포를 형성한다. 그런 다음 인큐베이터에 튜브를 섭씨 37도, 이산화탄소 5%로 배치하여 가스 교환을 위해 캡을 약간 열어 두십시오. 자기 나노 입자또는 고정 된 단일 세포 스페로이드 현탁액을 진동 시료 자력계 또는 VSM 시료 홀더에 놓습니다.필요한 경우 PTFE 테이프를 사용하여 누출을 방지할 수 있습니다. 샘플 홀더를 VSM에 삽입하고 샘플 오프셋을 검사합니다. 자화 최대값에 해당하는 위치에 샘플을 배치합니다.음수 1, 500 Oersteds 및 양수 1, 500 Oersteds 사이의 낮은 자기장에서 초당 20 Oersteds의 속도로 첫 번째 측정을 수행합니다. 초당 200 Oersteds의 속도로 제로 Oersteds와 양성 30, 000 Oersteds 사이의 높은 자기장에서 두 번째 측정을 수행합니다. 수성 용액에 분산된 나노입자의 10마이크로리터는 진동 시료 자력계에서 측정하였다.곡선의 두 번째 부분의 경사는 물과 샘플 홀더로부터의 횡자기 신호를 나타내는 다자기 상수이다. 이러한 횡자기 상수는 나노입자의 자기 모멘트만 을 얻기 위해 용액의 자기 순간으로부터 빼었다. 그런 다음 채도에서 자그마슬이 결정되었습니다.코팅된 나노입자는 줄기세포에서 내면화되었다. 전자 현미경 이미지는 내시경에 국한된 구연산 코팅 및 PAA 코팅 나노 입자를 보여줍니다. 세포가 원심분리에 의해 펠릿화된 후에, 그(것)들은 연장된 기간 동안 배양에서 보관될 수 있는 세포 구체성 형성했습니다.개별 세포-스페로이드는 또한 VSM을 사용하여 측정되었고 포화 자기 모멘은 세포 샘플에서 나노 입자의 양을 계산하는 데 사용되었다. 나노 입자의 섭취는 그들의 잠복 농도에 따라 달라 진 것으로 나타났다. 시간이 지남에 따라 세포-스페로이드의 자성의 감소는 전자 현미경 검사법에 의해 확인된 나노 입자의 생분해를 나타냈다.열화는 PAA 코팅 나노 입자보다 구연산 코팅 나노 입자에서 더 실질적이었습니다. 자기 측정을 사용하여 세포 내의 자기 나노 입자의 분해는 정확하게 정량화 될 수 있으며, 원시 거동에 관심이있는 나노 입자의 선물의 영향을 평가 할 수있다. 이 프로토콜에서, 자기 측정은 세포 구체에, 그러나 정지 또는 기관으로 세포로 확장될 수 있습니다.설명된 방법을 사용하면 서로 다른 세포 시스템에서 새로 설계된 자기 나노 입자의 상호 작용을 탐구 할 수 있지만 생체 분포 및 운명에서 그들의 상호 작용을 따를 수도 있습니다.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Harvesting Murine Alveolar Macrophages and Evaluating Cellular Activation Induced by Polyanhydride Nanoparticles

Polyanhydride의 Nanoparticles에 의해 유도된 Murine Macrophages 폐포 수확 및 평가 세포 활성화

Biodegradable nanoparticles have emerged as a  versatile platform for the design and implementation of new intranasal vaccines  against respiratory ...

연구

생체공학

Analyzing Cellular Internalization of Nanoparticles and Bacteria by Multi-spectral Imaging Flow Cytometry

멀티 스펙트럼 이미징 유동세포계측법 의해 Nanoparticles과 박테리아의 세포 내면화 분석

Nanoparticulate  systems have emerged as valuable tools in vaccine delivery through their  ability to efficiently deliver cargo, including proteins, to ...

Fabrication of a Functionalized Magnetic Bacterial Nanocellulose with Iron Oxide Nanoparticles

철 산화물 나노 입자와 기능화 자기 세균 Nanocellulose의 제작

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

Cell Labeling and Targeting with Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles

셀 라벨 및 초상 자성 산화철 나노 입자로 타겟팅

Targeted delivery of cells and therapeutic agents would benefit a wide range of biomedical applications by concentrating the therapeutic effect at the ...

Viability of Bioprinted Cellular Constructs Using a Three Dispenser Cartesian Printer

세 디스펜서 데카르트 프린터 사용 Bioprinted 세포를 구축의 생존

Tissue engineering has centralized its focus on the construction of replacements for non-functional or damaged tissue. The utilization of ...

Identification of Metal Oxide Nanoparticles in Histological Samples by Enhanced Darkfield Microscopy and Hyperspectral Mapping

향상된 암시 야 현미경 및 초 분광 매핑하여 조직 학적 샘플에서 금속 산화물 나노 입자의 식별

Nanomaterials are increasingly prevalent throughout industry, manufacturing, and biomedical research. The need for tools and techniques that aid in the ...

Microwave-driven Synthesis of Iron Oxide Nanoparticles for Fast Detection of Atherosclerosis

동맥 경화의 빠른 검색을위한 산화철 나노 입자의 전자 레인지 중심의 합성

A fast and reproducible microwave-driven protocol has been developed for the synthesis of neridronate-functionalized nanoparticles. Starting from the ...

Correlative Light- and Electron Microscopy Using Quantum Dot Nanoparticles

양자점 나노 입자를 사용하여 상호 빛 - 및 전자 현미경

A method is described whereby quantum dot (QD) nanoparticles can be used for correlative immunocytochemical studies of human pathology tissue using ...

Surface Functionalization of Hepatitis E Virus Nanoparticles Using Chemical Conjugation Methods

간염 E 바이러스 나노 화학 활용 방법을 사용 하 여의 표면 기능화

Virus-like particles (VLPs) have been used as nanocarriers to display foreign epitopes and/or deliver small molecules in the detection and treatment of ...

Antimicrobial Peptides Produced by Selective Pressure Incorporation of Non-canonical Amino Acids

정식이 아닌 아미노산의 선택적 압력 관에 의해 생산 하는 항균 성 펩 티 드

Nature has a variety of possibilities to create new protein functions by modifying the sequence of the individual amino acid building blocks. However, all ...