Nuevas herramientas para aplicaciones biomédicas: Nanopartículas magnéticas bacterianas
Ha desarrollado y optimizado un proceso para el aislamiento y la purificación de estas partículas a partir de células bacterianas
Las nanopartículas magnéticas biosintetizadas por bacterias podrían desempeñar pronto un papel importante en biomedicina y biotecnología. Investigadores de la Universidad de Bayreuth han desarrollado y optimizado un proceso de aislamiento y purificación de estas partículas a partir de células bacterianas. En las pruebas iniciales, los magnetosomas mostraron una buena biocompatibilidad cuando se incubaron con líneas celulares humanas. Los resultados presentados en la revista "Acta Biomaterialia" son, por tanto, un paso prometedor hacia el uso biomédico de los magnetosomas en técnicas de diagnóstico por imagen o como portadores en aplicaciones de administración de fármacos magnéticos.
Magnetosomas aislados de bacterias magnéticas.
TEM-image: René Uebe.
La bacteria magnetotáctica Magnetospirillum gryphiswaldense produce nanopartículas magnéticas intracelulares, llamadas magnetosomas. Éstas se disponen en forma de cadena, como un collar de perlas, formando así una especie de aguja de brújula magnética que permite a la bacteria navegar por el campo magnético de la Tierra. A diferencia de las nanopartículas producidas químicamente, los magnetosomas presentan una forma y un tamaño sorprendentemente uniformes de unos 40 nanómetros, una estructura cristalina perfecta y unas propiedades magnéticas prometedoras. Además, están rodeados por una membrana biológica que puede ser dotada de funcionalidades bioquímicas adicionales según las necesidades. Por tanto, las partículas son muy atractivas para una serie de aplicaciones biomédicas y biotecnológicas.
Un equipo interdisciplinar de científicos de la Universidad de Bayreuth ha definido ahora los criterios de calidad de los magnetosomas purificados, necesarios para futuras aplicaciones. En particular, estos criterios incluyen la uniformidad (homogeneidad) de los magnetosomas, un alto grado de pureza y la integridad de la membrana que rodea cada magnetosoma individual y le proporciona estabilidad. Al mismo tiempo, los investigadores de Bayreuth establecieron y optimizaron un método mediante el cual los magnetosomas pueden aislarse suavemente de las bacterias. El procedimiento recién desarrollado no sólo cumple con los criterios de calidad, sino que también es adaptable para el aislamiento de mayores cantidades requeridas en la amplia gama de aplicaciones previstas en biomedicina y biotecnología.
El proceso de purificación de magnetosomas desarrollado en Bayreuth se basa en las propiedades físicas de las nanopartículas magnéticas. En primer lugar, los magnetosomas se separan de otros componentes celulares no magnéticos mediante columnas magnéticas. En segundo lugar, debido a la alta densidad de las nanopartículas, un paso adicional de ultracentrifugación permite eliminar las impurezas residuales. La calidad de las suspensiones de magnetosomas purificadas se evaluó mediante técnicas físico-químicas. Además, se comprobó la biocompatibilidad en estrecha colaboración con el Hospital Universitario de Jena. Estos análisis revelaron altos valores de vitalidad de las líneas celulares humanas tratadas con magnetosomas, incluso a altas concentraciones de partículas. Esto indica una buena biocompatibilidad de acuerdo con las normas DIN pertinentes, lo que representa un requisito previo para el uso de magnetosomas en técnicas de imagen magnética o la orientación de las células cancerosas mediante la administración de fármacos controlados magnéticamente. Además, las nanopartículas podrían tener un gran potencial en el campo de la teranóstica, que combina el diagnóstico preciso con la posterior terapia dirigida.
La optimización y caracterización exhaustiva del proceso de aislamiento mediante una amplia gama de técnicas analíticas ha surgido de una estrecha colaboración interdisciplinar en el campus de Bayreuth, en la que han participado la Química Física (Dra. Sabine Rosenfeldt, Profesora Junior Anna Schenk), la Microbiología (Dr. Frank Mickoleit, Prof. Dirk Schüler, Dr. René Uebe), la Biotecnología de Procesos (Dra. Valérie Jérôme, Prof. Ruth Freitag) y el Centro de RMN del Norte de Baviera (Prof. Stephan Schwarzinger). Los estudios de cultivo celular sobre la biocompatibilidad se llevaron a cabo en el Hospital Universitario de Jena (Cornelia Jörke, Dr. Joachim Clement).
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