Magneten kunnen een hulpmiddel zijn om de helende krachten van stamcellen te sturen om aandoeningen zoals hartaandoeningen of vaatziekten te behandelen.

Door stamcellen te voeden met kleine deeltjes gemaakt van ijzeroxide, wetenschappers van Emory en Georgia Tech kunnen magneten gebruiken om de cellen na intraveneuze injectie naar een bepaalde locatie in het lichaam te trekken.

De resultaten worden online gepubliceerd in het tijdschrift Klein en zal in een volgend nummer verschijnen.

Het papier was het resultaat van een samenwerking tussen de laboratoria van W. Robert Taylor, MD, doctoraat, en Gang Bao, doctoraat. Taylor is hoogleraar geneeskunde en biomedische technologie en directeur van de afdeling Cardiologie aan de Emory University School of Medicine. Bao is professor aan de Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering aan Georgia Tech en Emory University.

Co-eerste auteurs van het artikel zijn postdoctorale fellows Natalia Landazuri, doctoraat, en Sheng Tong, doctoraat. Landazuri is nu verbonden aan het Karolinska Instituut in Zweden.

Het type cellen dat in het onderzoek is gebruikt, mesenchymale stamcellen, zijn geen embryonale stamcellen. Mesenchymale stamcellen kunnen gemakkelijk worden verkregen uit volwassen weefsels zoals beenmerg of vet. Ze kunnen bot worden, vet- en kraakbeencellen, maar geen andere celtypes zoals spieren of hersenen. Ze scheiden een verscheidenheid aan voedende en ontstekingsremmende factoren af, waardoor ze waardevolle hulpmiddelen zouden kunnen zijn voor de behandeling van aandoeningen zoals hart- en vaatziekten of auto-immuunziekten.

Nanodeeltjes van ijzeroxide zijn al door de FDA goedgekeurd voor diagnostische doeleinden met MRI (magnetic resonance imaging). Andere wetenschappers hebben geprobeerd stamcellen te laden met soortgelijke deeltjes, maar ontdekte dat de coating op de deeltjes giftig was of de eigenschappen van de cellen veranderde. De nanodeeltjes die in dit onderzoek zijn gebruikt, hebben een polyethyleenglycolcoating die de cel beschermt tegen beschadiging. Een ander uniek kenmerk is dat het Emory/Tech-team een ​​magnetisch veld gebruikte om de deeltjes in de cellen te duwen, in plaats van eerder gebruikte chemische middelen.

"We waren in staat om de cellen te laden met veel van deze nanodeeltjes en we toonden duidelijk aan dat de cellen niet beschadigd waren, Taylor zegt. "De coating is uniek en er was dus geen verandering in de levensvatbaarheid en misschien nog belangrijker, we zagen geen verandering in de eigenschappen van de stamcellen, zoals hun vermogen om te differentiëren."

"Dit was in wezen een proof of principle-experiment. Uiteindelijk, we zouden deze richten op een bepaalde ledemaat, een abnormaal bloedvat of zelfs het hart."

De deeltjes zijn gecoat met het niet-toxische polymeer polyethyleenglycol, en hebben een kern van ijzeroxide met een diameter van ongeveer 15 nanometer. Ter vergelijking, een DNA-molecuul is 2 nanometer breed en een enkel griepvirus is minstens 100 nanometer breed.

De deeltjes lijken vast te zitten in de lysosomen van cellen, dat zijn delen van de cel die afval afbreken. De deeltjes blijven minimaal een week zitten en lekkage kan niet worden gedetecteerd. De wetenschappers maten het ijzergehalte in de cellen nadat ze waren geladen en bepaalden dat elke cel ongeveer 1,5 miljoen deeltjes absorbeerde.

Zodra de cellen waren geladen met ijzeroxidedeeltjes, het Emory/Tech-team testte het vermogen van magneten om de cellen te duwen, zowel in celcultuur als in levende dieren.

In muizen, een staafvormige zeldzame-aardmagneet zou geïnjecteerde stamcellen naar de staart kunnen lokken. De magneet werd aangebracht op het deel van de staart dicht bij het lichaam terwijl de cellen werden geïnjecteerd. Normaal gesproken zouden de meeste mesenchymale stamcellen worden afgezet in de longen of de lever.

Om bij te houden waar de cellen in de muizen gingen, de wetenschappers bestempelden de cellen met een fluorescerende kleurstof. Ze berekenden dat de staafmagneet de stamcellen 6 keer overvloediger maakte in de staart. In aanvulling, de ijzeroxidedeeltjes zelf zouden mogelijk kunnen worden gebruikt om de voortgang van cellen door het lichaam te volgen.

"Volgende, we zijn van plan ons te concentreren op therapeutische toepassingen in diermodellen waarbij we magneten zullen gebruiken om deze cellen naar de precieze plaats te leiden die nodig is om het herstel en de regeneratie van nieuwe bloedvaten te beïnvloeden, "zegt Taylor.