Magnetosomas aislados de bacterias magnéticas. Crédito:TEM-imagen:René Uebe
Las nanopartículas magnéticas biosintetizadas por bacterias pronto podrían desempeñar un papel importante en biomedicina y biotecnología. Investigadores de la Universidad de Bayreuth han desarrollado y optimizado un proceso para el 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, presentado en la revista Acta Biomaterialia , son, por tanto, un paso prometedor hacia el uso biomédico de magnetosomas en técnicas de diagnóstico por imagen o como portadores en aplicaciones de administración magnética de fármacos.
La bacteria magnetotáctica Magnetospirillum gryphiswaldense produce nanopartículas magnéticas intracelulares, los llamados magnetosomas. Estos están dispuestos en forma de cadena similar a un collar de perlas, formando así una especie de aguja de brújula magnética que permite a las bacterias navegar a lo largo del campo magnético de la Tierra. A diferencia de las nanopartículas producidas químicamente, Los magnetosomas exhiben una forma sorprendentemente uniforme y un tamaño de aproximadamente 40 nanómetros, una estructura cristalina perfecta, y propiedades magnéticas prometedoras. Es más, están rodeados por una membrana biológica que puede equiparse con funcionalidades bioquímicas adicionales según sea necesario. Por tanto, las partículas son muy atractivas para una serie de aplicaciones biomédicas y biotecnológicas.
Un equipo interdisciplinario de científicos de la Universidad de Bayreuth ha definido ahora los criterios de calidad para los magnetosomas purificados, que son necesarios para futuras aplicaciones. En particular, Estos incluyen la uniformidad (homogeneidad) de los magnetosomas, un alto grado de pureza, y la integridad de la membrana que rodea a cada magnetosoma individual y 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 recientemente desarrollado no solo 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.
Dr. Frank Mickoleit, Bayreuth, en un sistema de fermentación de 100 litros para cultivar bacterias magnéticas. Crédito:Christian Wißler
El proceso de purificación del magnetosoma desarrollado en Bayreuth se basa en las propiedades físicas de las nanopartículas magnéticas. Primero, los magnetosomas están separados de otros componentes celulares no magnéticos mediante columnas magnéticas. Segundo, debido a la alta densidad de las nanopartículas, un paso adicional de ultracentrifugación permite la eliminación de impurezas residuales. La calidad de las suspensiones de magnetosomas purificadas se evaluó mediante técnicas físico-químicas. Además, la biocompatibilidad se probó en estrecha colaboración con el Hospital Universitario de Jena. Estos análisis revelaron altos valores de vitalidad de líneas celulares humanas tratadas con magnetosomas incluso a altas concentraciones de partículas. Esto indica una buena biocompatibilidad de acuerdo con las normas DIN relevantes, que representa un prerrequisito para el uso de magnetosomas en técnicas de imagen magnética o dirigidas a células cancerosas mediante administración de fármacos controlada magnéticamente. Es más, las nanopartículas podrían tener un gran potencial en el campo de la teranóstica, que combina un diagnóstico preciso con una terapia dirigida posterior.
Arriba a la derecha:esquema de una célula de la bacteria Magnetospirillum gryphiswaldense. Abajo a la izquierda:Magnetosoma único con un núcleo de óxido de hierro envuelto por una membrana. Se pueden fusionar genéticamente diferentes grupos funcionales a proteínas de la membrana. Crédito:Frank Mickoleit / Clarissa Lanzloth