PLoS ONE: Ikke-Temperatur inducerede virkninger af Magnetiseringsbokse jernoxid Nanopartikler i vekslende magnetfelt i kræftceller

Abstrakt

Dette papir rapporterer de skadelige virkninger af magnetiske jern-oxid nanopartikler (MNP) på magnetisk mærkede kræftceller når de udsættes for oscillerende gradienter i en stærk ydre magnetfelt. Human brystcancer MDA-MB-231-celler blev mærket med MNP, som er tilføjet i det kraftige magnetfelt, og udsat for oscillerende gradienter frembragt af et billeddannende gradientsystem af en 9.4T præklinisk MRI-system. Ændringer i cellemorfologi og et fald i cellelevedygtighed blev påvist i celler behandlet med oscillerende gradienter. Cytotoksiciteten blev bestemt kvalitativt og kvantitativt ved mikroskopiske billedbehandling og cellelevedygtighedsassays. En reduktion i cellelevedygtighed ca. 26,6% blev detekteret i magnetisk mærkede celler udsat for den kombinerede virkning af et statisk magnetfelt og oscillerende gradienter. Ingen reduktion i cellelevedygtighed blev observeret i umærkede celler udsat for gradienter, eller i MNP-mærkede celler i det statiske magnetfelt. Som det blev observeret nogen forøgelse af lokal temperatur, skaden cellen var ikke et resultat af hypertermi. I øjeblikket ser vi en sammenhængende bevægelse internaliseret og aggregerede nanopartikler, der producerer mekaniske øjeblikke som en potentiel mekanisme for celle ødelæggelse. Dannelsen og dynamik af de intracellulære aggregater af nanopartikler blev visualiseret ved optisk og transmissionselektronmikroskopi (TEM). Billederne viste en hurtig dannelse af aflange MNP-aggregater i cellerne, som blev tilpasset med det eksterne magnetiske felt. Denne strategi giver en ny måde at udrydde en bestemt population af MNP-mærkede celler, potentielt med magnetisk resonans vejledning ved hjælp af standard MRI-udstyr, med minimale bivirkninger for værten

Henvisning:. Hapuarachchige S, Kato Y, NGEN EJ, Smith B, Delannoy M, Artemov D (2016) Ikke-temperatur inducerede virkninger af Magnetiseringsbokse jernoxid Nanopartikler i vekslende magnetfelt i kræftceller. PLoS ONE 11 (5): e0156294. doi: 10,1371 /journal.pone.0156294

Redaktør: Bing Xu, Brandeis University, UNITED STATES

Modtaget: Januar 25, 2016 Accepteret: 12. maj 2016 Udgivet: 31. maj 2016

Copyright: © 2016 Hapuarachchige et al. Dette er en åben adgang artiklen distribueres under betingelserne i Creative Commons Attribution License, som tillader ubegrænset brug, distribution og reproduktion i ethvert medie, forudsat den oprindelige forfatter og kilde krediteres

Data Tilgængelighed:. Alle relevante data er inden for papir og dens støtte Information filer

Finansiering:.. Dette arbejde blev støttet af forskningsbevillinger KG100594 fra Susan G. Komen for Cure og CA154738 fra National Institutes of Health

konkurrerende interesser: forfatterne har erklæret, at der ikke findes konkurrerende interesser

Introduktion

Ansøgninger om magnetiske nanopartikler (MNP), såsom superparamagnetiske jernoxid nanopartikler (Spion), i biomedicin er stadigt voksende grund. af deres unikke egenskaber, som omfatter: biokompatibilitet og magnetisk interaktion med eksterne magnetfelter, der kan generere billeddannelse kontrast i magnetisk resonans (MRI) [1,2,3] samt termiske [4] og mekaniske virkninger [5,6 ]. Mammale celler kan effektivt belastet med MNP anvendelse af forskellige mærkning protokoller [3,7,8]. MRI kontrast genereret af MNP held har været anvendt til MR sporing af transplanterede celler i prækliniske modeller [9,10,11] og kliniske indstillinger [12]. Typiske jern koncentrationer i området 5-10 pg jern /celle, der anvendes til

in vivo

MRI, synes ikke at resultere i cytotoksicitet eller hindres differentiering af pluripotente stamceller [13], selv om en formindsket chondrogen potentiale de magnetisk mærkede stamceller blev observeret [14]. Adskillige Spion formuleringer sammensat af magnetit /maghemit (Fe

3 O

4 /Fe

2O

3), belagt med dextran (Feridex

®) eller carboxydextran (Resovist

®), er blevet godkendt til klinikken [15,16].

en unik egenskab ved Spion er den effektive produktion af varme, når de udsættes for et alternerende magnetfelt (AMF), som kan anvendes til terapeutiske anvendelser [17] . Mekaniske kræfter frembragt af interaktionen af ​​Spion med en gradient magnetfelt har også været anvendt til mange applikationer, herunder magnetiske pincetter, nanosensing, magnetisk celleseparation, specifik levering af gener og terapeutiske midler og mekanisk modulation i celler [5,6,18 , 19,20,21,22] eller tumormodeller [23]. Low-styrke magnetfelter er også blevet anvendt til at ødelægge humane tumorceller med polymerovertrukne, multi-walled carbon nanorør [24]. Virkningen af ​​AMF på overlevelsesevne celler mærket med MNP uden en temperaturstigning er også blevet rapporteret [25,26,27].

Her udviser vi en ny strategi for ødelæggelsen af ​​MNP-mærkede celler ved at udsætte dem for oscillerende gradienter af et magnetfelt i nærvær af en statisk mættende magnetfelt. I denne rapport, vi evaluere denne metode

in vitro

i dyrkede triple-negativ brystkræft MDA-MB-231 celler. Vi hypotesen, at mekanismen for celledestruktion medieres af direkte mekaniske kræfter frembragt af den magnetiske vekselvirkning mellem MNP aggregater med gradienten felt, og er ikke relateret til AMF hyperthermi. Derfor bør denne teknik selektivt ødelægge målrettet MNP-mærkede celler med minimal effekt på nærliggende umærkede celler.

Materialer og metoder

Nanopartikler

For denne undersøgelse, Bionized NanoFerrite (BNF ) superparamagnetisk jernoxid MNP, belagt med stivelse (almindeligt overflade, 80 nm diameter), blev købt fra Micromod Partikeltechnologie GmbH, Rostock, Tyskland, og anvendes uden yderligere modifikation. Stamopløsningen har en jernkoncentration på 13,7 mg /ml, og BNF MNP har en typisk masse magnetisering på 49 A m

2 /kg Fe på 79.500 A /m; en mætning magnetisering μ

sad 76 m

2 /kg Fe på magnetfelt H 7,95 • 10

5 A /m; og koercitivfeltet Hc = 449 A /m.

Pulse sekvens

Fig 1A illustrerer forsøgsopstillingen i en høj magnetisk felt B

0 = 9.4T af et præklinisk MRI-system. En gradient puls sekvens vist i figur 1B blev udviklet under anvendelse af Paravision programmering miljø og installeret på en 9.4T Bruker Biospec udstyret med en G060 gradientsystem (60 mm indre diameter, 95 g /cm maksimal gradient styrke, og 50 mikrosekunder stigetid ). Gradienten sekvens, som genererede et oscillerende G

z gradient, blev anvendt til prøverne i ca. 60 min, med et normeret forbrug på 7%. Den termiske effekt af behandlingen blev undersøgt i agarose-prøver fremstillet i saltvand (0,9% NaCI i renset H

2O) med og uden MNP (100 ug /ml), ved anvendelse af en nedsænket termoelementsonde. Prøverne blev placeret i et cirkulerende vand kammer med temperaturen indstillet til 37 ° C. Temperatur ændres i MNP-agarose prøver blev sammenlignet med agarose kontroller uden MNP (Fig 1C).

(A) Skematisk diagram af det terapeutiske system. (B) Gradient puls sekvensen anvendt i den høje magnetfelt. (C) Ændringer i lokale temperaturer i agarose prøver fremstillet med (100 ug /ml) og uden MNP.

kræftceller

menneskelige bryst carcinoma MDA-MB-231 celler (ATCC ) blev dyrket i DMEM (Cellgro) medium suppleret med 1% penicillin-streptomycin og 10% FBS, og holdt ved 37 ° C i en fugtig atmosfære indeholdende 5% CO

2, medmindre andet er nævnt. Tredje eller fjerde passager af celler med 70-80% sammenflydning blev anvendt til billeddannelse og terapeutiske forsøg. Celler blev podet i fire-brønds kammerobjektglas (1 × 10

5 celler /brønd), der dyrkes i 24 timer til ~ 75% konfluens, og blev mærket med MNP efter en etableret protokol [28]. Kort fortalt, 9 pi MNP (27,4 mg /ml) blev forsigtigt omrørt med 2,5 pi poly-L-lysin (PLL, 1,5 mg /ml) i 10 ml celledyrkningsmedier ved stuetemperatur i 1 time, til en endelig MNP-koncentration på 25 ug /ml, hvilket resulterede i dannelsen af ​​fysisk bundne MNP-PLL-komplekser. I denne undersøgelse blev celler inkuberet i dette medie i 24 timer ved 37 ° C og skylles grundigt med PBS, og Skålene blev leveret med frisk medium. Mærkningen celle blev bekræftet ved Prussian blue-farvning (Fig 2A). Baseret på induktivt koblet plasma massespektrometrisk analyse (ICP-MS), Denne metode resulterer i en jern upload per celle på 14,8 ± 1,7 pg [11,29].

(A) Prussian blåfarvning af umærket (i ) og MNP-mærket (ii) celler. (B) MNP-mærkede celler, før behandlingen (i) og umiddelbart efter behandlingen (ii).

Stabilitet af nanopartikler

Kemisk stabilitet af MNP’er og deres stivelse-coating blev undersøgt ved måling af hydrodynamiske diameter af partiklerne (MNP 25,0 ug /ml i DMEM) ved anvendelse dynamisk lysspredning (DLS) MALVERN Nano ZS90 Zetasizer før og efter udsættelse for oscillerende gradienter.

Virkningerne af den oscillerende gradienter på MNP -mærkede kræftceller

LIVE /DEAD

® cell imaging.

levedygtigheden af ​​celler efter 24 timer efter eksponering for gradienter i den vandrette boring magnet af 9.4T Bruker MR spektrometer blev kvalitativt analyseret af LIVE /DEAD

® (Life Technologies, Inc.) i celle mikroskopi eksperimenter. I denne undersøgelse MNP-mærkede eller umærkede MDA-MB-231-celler dyrket i fire-brønds kammerobjektglas blev udsat for gradienten behandling, som beskrevet ovenfor, og inkuberet i 24 timer. Medierne blev erstattet af LIVE /DEAD

® cell imaging blandingen efter fabrikantens protokol. Cellekulturerne blev inkuberet i 20 minutter og afbildes af fluorescensmikroskop under anvendelse grøn (levende celler) og rød (døde celler) kanaler.

MTS assay.

Cellernes levedygtighed efter gradient behandling blev kvantitativt analyseret ved MTS-assay. De MDA-MB-231-celler i fire-brønds kammerobjektglas blev udsat for gradienten behandling og inkuberet i 24 timer. Mediet blev erstattet med 10% MTS i medium og inkuberet i to timer. Absorbansen af ​​medierne blev målt ved 490 nm. Procentdelene af døde celler blev beregnet i forhold til det antal levedygtige celler i det umærkede og ubehandlet cellepopulation.

Transmission (TEM)

TEM blev anvendt til at undersøge tilpasningen af ​​internaliseret MNP langs det magnetiske felt. MNP-mærkede celler blev anbragt i boringen af ​​en 4,7 T Bruker MRI-spektrometer (indre diameter på 40 cm) i 60 min, for at inducere en opstilling af den internaliserede MNP langs magnetfeltet. Den store boring af magneten tilladt manipulationer med cellerne mens i magnetfeltet. Herefter blev cellerne fikseret mens stadig i magneten, under anvendelse af en 0,1 M natriumcacodylat (pH 7,2) indeholdende 2,5% glutaraldehyd, 3 mM CaCI

2, og 1% saccharose, i en time. Derefter blev cellerne skyllet tre gange med en 0,1 M natriumcacodylat (pH 7,2) i 15 min. De cellulære lipidmembraner blev derefter fikseret med en 1% opløsning af kaliumpermanganat i 30 minutter på is, og i mørke. Cellerne blev dernæst skyllet med deioniseret vand, dehydreret i en gradueret række af ethanol, og indlejret i en Eponate 12 harpiks (Ted Pella Incorporated, Redding, CA, USA). Herefter blev prøverne polymeriseret mens stadig i magneten ved 37 ° C i 48 timer for at bevare orienteringen og struktur internaliseret MNP. Retterne blev opretholdt i samme position og orientering i magneten, gennem hele processen. De stive prøver blev derefter fjernet fra magneten og yderligere polymeriseret ved 60 ° C i 24 timer. Efter polymerisering trin blev tynde sektioner (60 til 90 nm) skæres med en diamant kniv på Reichert-Jung Ultracut E ultramikrotom og afhentes med nøgne 200-mesh kobber net. Gitre blev dernæst observeret på et Philips CM120 TEM ved 80 kV.

Optisk mikroskopi

I optisk mikroskopi studier, MDA-MB-231-celler blev dyrket til ~ 80% sammenflydning, i fire brønde kammer dias. Cellerne blev derefter mærket med MNP som beskrevet ovenfor, skyllet grundigt med PBS, og friske medier blev anbragt i brøndene. Cellerne blev derefter anbragt i boringen af ​​en 9.4T Bruker MRI-spektrometer i 30 min, og fikseringselementet udført som beskrevet ovenfor. Men efter dehydrering trin blev polymeriseringstrinnet udeladt, og objektglassene blev monteret med en Permount monteringsmedium (Fisher Scientific, Pittsburgh, PA) mens stadig i magneten. Orienteringen af ​​kammeret glider i magneten blev holdt under hele processen. Herefter blev prøverne filmede med et Nikon Eclipse TS100 mikroskop.

omlejring og alignment dynamik MNP aggregater blev også undersøgt i levende MDA-MB-231 celler dyrket og mærket med MNP, som beskrevet ovenfor. Celler i fire-brønds mikroskopi kammer objektglas blev anbragt inde i en 9.4T MRI magnet ved 37 ° C i et variabelt tidsrum, og lysmikroskopi udførtes umiddelbart efter B

0 eksponering under anvendelse af et omvendt mikroskop med 40x linse. Ekstrem omhu blev anvendt til langsomt at indlæse og fjerne prøverne fra magneten boring parallelt med magneten akse, og samtidig opretholde tæt nærhed til aksen for at forhindre mulige ændringer i klyngen orientering på grund af magnetisk moment. Billeder blev konverteret til 16-bit gråtoner og behandles med NIH ImageJ software til at udlede retningsvirkning parameter, rapporterer den foretrukne orientering af strukturer til stede i input billedet ved hjælp af en standard ImageJ retningsbestemmelse plugin. Kort fortalt dette plugin beregner den foretrukne orientering af strukturer til stede i billedet. Det beregner et histogram, der viser det relative antal af strukturer i en given retning [30,31]. Optiske mikroskopi billeder blev erhvervet før og efter 2, 5, 10, 20, 30, 45, og 60 minutters udsættelse for det magnetiske felt.

Statistisk analyse

Tredobbelte uafhængige forsøg blev udført for de statistiske analyser. En to-halet Students

t

-test blev anvendt til at analysere ændringer i cellelevedygtighed. Forskellen blev betragtet som signifikant, når

s

-værdi WAS. 0,05

Resultater

Cell mærkning blev bekræftet af preussisk blå farvning og cellerne forblev sunde og viste ingen ændring i morfologi (figur 2), før behandlingen. Ifølge Li

et al

. mindst 400 pg /ml ubestrøget MNP med 24 timers inkubering er påkrævet for signifikant cytotoksicitet i kræftceller [32]. Vi har inkuberes celler i dette medie indeholdende 25 ug /ml MNP-PLL komplekserne op til 5 dage og observeret nogen MNP cytotoksicitet. Umiddelbart efter gradienten behandling blev en betydelig mængde af mærkede celler frigøres fra kammeret overflade og morfologien af ​​de celler, der forblev knyttet var ændret signifikant (Fig 2B). Den maksimale celle skader blev observeret for den højeste gradient skifte frekvens,

f

, tillades af hardware (

f

~ 5.4 kHz). LIVE /DEAD

® celle mikroskopi assay viste en signifikant mængde af døde celler i MNP-mærkede og behandlet cellepopulation sammenlignet med det umærkede behandlet cellepopulation ved 24 timer efter behandlingen (figur 3). Umærket, gradient behandles, og MNP-mærket blev ubehandlede MDA-MB-231-celler anvendes som kontroller til alle undersøgelser, og ingen cytotoksicitet med kontrollen MDA-MB-231-celler blev observeret som vist i S1 tillæg. Temperaturen stiger ikke blev detekteret under behandling i MNP-agarose prøve, eller i agarose uden indhold MNP (Fig 1C). Derfor blev de detekterede cellulære virkninger sandsynligvis forårsaget af den direkte mekaniske virkning af MNP og ikke af en termisk effekt under behandlingen. Desuden har vi observeret nogen ændring i hydrodynamisk diameter af partiklerne før og efter gradient behandlinger (S2 tillæg). Derfor kan de observerede cellulære virkninger ikke være relateret til potentielle toksicitet af ikke-coatede jern-oxid nanopartikler.

(A) LIVE /DEAD

® celle mikroskopiske billeder af MNP-mærkede, behandlede celler efter 24 timer. (I) Fase kontrast optisk billede, (ii) distribution af levende celler, (iii) fordeling af døde celler, og (iv) fusioneret billede. (B) LIVE /DEAD

® celle mikroskopiske billeder af umærkede, behandlede celler efter 24 timer. (I) Fase kontrast optisk billede, (ii) distribution af levende celler, (iii) fordeling af døde celler, og (iv) fusioneret billede.

levedygtighed MDA-MB-231 celler efter behandlingen blev også vurderet ved MTS-assay (figur 4). Vi observerede 26,6% af døde celler i MNP-mærkede, behandlet cellepopulation efter 24 timer af behandlingen. Procentdelene af døde celler i umærkede /behandlede celler og MNP-mærkede /ubehandlede celler var 5,3% (p 0,05) og 3,4% (p 0,05), hhv. Procentdelene af døde celler blev beregnet med hensyn til cellepopulationen på umærkede /ubehandlede prøver. Ændringer i cellelevedygtighed blev betragtet som statistisk signifikant for

s

værdier mindre end 0,05.

Procentdelen af ​​døde celler i MNP-mærket /behandlet, umærket /behandlet, og MNP-mærket /ubehandlet MDA -MB-231-celler blev målt i forhold til det umærkede /ubehandlet cellepopulation.

TEM analyse af MNP-mærkede celler, holdt ved en 4,7 T ydre magnetfelt, afslørede dannelsen af ​​aflange MNP strukturer med diametre på ~ 170 nm og længder af ~ 700 nm (fig 5A) sammenlignet med prøverne ikke er udsat for magnetfeltet (fig 5B). Disse strukturer bestod af 250-300 MNP-partikler primært findes i slutningen endosomale rum, og var orienteret parallelt med B

0 magnetfelt og anvendt G

Z gradienter. Optiske billeder (ved hjælp af Nikon Eclipse TS100 mikroskop CCD-kamera, og behandles af NIH ImageJ software) af de mærkede celler viste, at MNP strukturer også kunne løses ved optisk mikroskopi.

Optiske mikroskopi og TEM mikrografier af orienteringen af MDA-MB-231 celler inkuberet (A) ved B

0 = 4,7 T magnetfelt (i) optisk billede på 40x, (ii) TEM ved 17,500x (skala bar, 500 nm), og (iii) TEM på 65,000x (skala bar, 100 nm), eller (B) ved en ikke-magnetisk tilstand (i) optisk billede på 40x, (ii) TEM på 17,500x (skala bar, 500 nm), og (iii) TEM på 65.000 x (skala bar, 100 nm).

Mikroskopiske billeder af MNP-mærkede celler opnået før og efter udsættelse for 9.4T (37 ° C, 30 min, ved hjælp af en Bruker Biospec 9.4T præklinisk MRI-system) er vist i fig 6A. En retningsbestemthed histogram er vist i fig 6B, og ændringer i retningen parameter ved vinklen 0 ° (parallelt med magnetfeltet) som funktion af magnetisk eksponeringstid er vist i fig 6C. En typisk orientering omlejring tid på 39 min i 9.4T magnet blev observeret (

R

2 = 0,92).

(A) Eksempel på billeder, der anvendes til at vurdere den magnetiske retningen af MNP aggregater i MDA-MB-231 celler på

t = 0

t = 30

min efter udsættelse for ydre magnetfelt (B

0 = 9.4T). (B) Direktionalitet histogram på

t = 30

min. (C) Ændring i direktionalitet (au) med magnetisering tid,

t

(min).

Diskussion

Den observerede celle ødelæggelse af gradienten behandling blev tilskrevet til interaktionen af ​​magnetiseret MNP aggregater med gradientfelter eksterne. En detaljeret beskrivelse af de mekaniske virkninger af kombinationen af ​​de statiske og gradient magnetiske felter på nanopartikler blev rapporteret af Carrey et al. [6]. Kort fortalt i vores eksperimenter, magnetfeltet (

B

0

) mættet den magnetiske kerne af nanopartikel til sin maksimale værdi af μ

sad

. På denne betingelse, kraften på nanopartikel produceret af gradienten,

dB

0

/dR

, kan udledes som (1), hvor

V

er volumen partikel og

M

sad

er den volumetriske mættet magnetisering [33] (S3 appendiks). En simpel beregning af den magnetiske kraft for en enkelt MNP med en diameter på 50 nm og en mættende magnetisering

μ

0

M

sad

på ~ 1T, placeret i en gradient magnetfelt

G = dB /dR = 0

.

5 T /m

, resulterer i

F

≈ 10

-17 N. Denne kraft er betydeligt lavere end den kraft, der kræves til at ødelægge den cellulære membran [6]. Derfor er det kun en synkron virkning af magnetiske aggregater, der består af flere MNP, magnetiseret ved B

0 felt og drives af audio frekvensgradienter, kan producere effektiv celleskader. I dette tilfælde forventes en forøgelse af mekanisk kraft med mindst flere størrelsesordener grund af den øgede mængde og orientering af den aflange MNP aggregater langs magnetfeltet og de anvendte gradienter. Den relativt lave hyppighed af de anvendte gradienter,

f

, foreslår den stationære ordning for MNP interaktion med magnetfeltet

1 /f

τ = m /K

f

, hvor

m

er massen af ​​MNP og

K

f

er friktionskraften af ​​mediet med viskositet

η

(

Kf = 6πηR

) [6]. Det er også meget sandsynligt, at den frie Forskydningen af ​​MNP aggregater, internaliseres i cellen er begrænset af de indre membraner i cellulære rum, såsom endosomer og lysosomer. Betydeligt forbedrede virkninger af celledestruktion blev detekteret for den valgte retning af gradienter, G

z, parallelt med magnetfeltet. Denne orientering inducerer bevægelse af aggregaterne langs deres lange akse med minimal modstand fra mediet, hvilket resulterer i øgede amplitude af bevægelse og formentlig forbedrede celle virkninger. Er vigtigt, at det vekslende magnetfelt i dette tilfælde producere den højeste effekt efter justeringen af ​​de magnetiske aggregater med B

0 er færdig, som blev sikret i vores eksperimenter.

Derfor, de store effekter af det statiske magnetfelt B

0, som er afgørende vigtigt for de cellulære effekter fra oscillerende gradienter er: (i) mætning af MNP magnetisering, hvilket maksimerer den magnetiske kraft, hvormed MNP (1) Eq; og (ii) dannelse af supramolekylære aggregater, der består af flere MNP, som i væsentlig grad forstærker de magnetiske kræfter i forhold til den kraft på en enkelt magnetisk nanopartikel.

Andre mulige mekanismer celleskader følge interaktionen af ​​det oscillerende magnetfelt felt med MNP-mærkede celler, såsom hysterese, induktionsopvarmning af hvirvelstrømme, og ferromagnetiske resonans, er beskrevet i S4 tillæg og afslører ubetydelige virkninger af opvarmning i magnetisk mættet MNP eller ledende cellevækstmedier, som er blevet bekræftet af vores kontrolforsøg . Jernindholdet af det mærkede celle var signifikant lavere end den cytotoksiske niveau af overtrukket eller ikke-overtrukket MNP i cancerceller [32]. Stivelsen-coating af nanopartikel er kemisk tværbundet og gradienten behandling, som kun inducerer bulk-bevægelse af nanopartikler-assemblies, ikke ødelægger belægningen.

Selektiv celledrab ved roterende bevægelse af magnetiske nanopartikler vedhæftet til det lysosomale membran via anti-LAMP1 antistoffer blev påvist ved Zhang et al. [34]. Lavfrekvens (30 mT, 20 Hz) dynamiske magnetfelter induceret rotation af 100 nm diameter LAMP1-Spion og tilsyneladende apoptotisk celledød på grund af overrivning af den lysosomale membran [34]. Men i denne fremgangsmåde, MNP blev ikke magnetisk mættet af det påførte magnetfelt og ikke danne aggregater, der kan generere signifikant forstærket mekanisk drejningsmoment og kræfter i forhold til individuelle magnetiske nanopartikler. Faktisk analysen i Carrey et al. foreslår, at en MNP med en diameter i mikrometer skal fremlægge mekaniske kræfter i piconewton (10

-12 N) område når de udsættes for gradienten af ​​et magnetfelt på

G = 1 T /m

[6]. Lethal beskadigelse af cellemembranen produceres af et monoklonalt antistof konjugeret med fotosensibiliserende phthalocyanin farvestof, IRDye 700DX, er også blevet relateret til mekaniske virkninger på cellemembranen [35,36].

Konklusion

Generelt vores resultater viser, at oscillerende gradienter selektivt kan ødelægge MNP-mærkede celler placeret i en mættet magnetfelt. Teknikken er ikke baseret på MNP hyperthermi, og vi foreslår, at virkningen skyldes mekaniske kræfter frembragt af internaliserede MNP aggregater. Det er vigtigt at bemærke, at for et ydre magnetfelt B

0, der ligger over mætning feltet, er den magnetiske kraft ikke udtrykkeligt afhænge af B

0 og metoden bør give en lignende effekt for B

0 ≥ ~ 1.5T, som er det typiske område for klinisk MRI. Denne rapport tager et vigtigt første skridt i retning af fremtidige flere biomedicinske anvendelser, herunder ødelæggelsen af ​​kræft og transplanterede celler. Desuden MNP-mærkede celler genererer stærke MRI kontrast, hvilket letter billedbaserede guidede ansøgninger om denne metode.

Støtte Information

S1 Appendiks. LIVE /DEAD

® celle billeder af kontroller.

(A) LIVE /DEAD

® celle assay på umærkede og magnetisk behandlede celler. (B) LIVE /DEAD

® celle assay på MNP-mærkede og ubehandlede celler udsættes for det statiske magnetfelt B

0 kun

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

( PDF)

S2 appendiks. . Stabilitet af MNP’er under gradient behandling

Stabilitet af MNP’er og deres stivelse-coating blev undersøgt ved at måle den hydrodynamiske diameter

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

(PDF)

S3 appendiks. . Magnetiske kræfter

magnetiske kraft, der genereres af en gradient magnetfelt på MNP

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

(PDF)

S4 appendiks. Varme effekter

opvarmning af ledende MNP på variabelt magnetfelt

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

(PDF)

Tak

forfatterne vil gerne takke Ms. Mary McAllister for hendes hjælp med forberedelse af manuskriptet.