MIT-ingenieurs hebben magnetische eiwitnanodeeltjes ontworpen die kunnen worden gebruikt om cellen te volgen of om interacties binnen cellen te volgen. de deeltjes, vandaag beschreven in Natuurcommunicatie , zijn een verbeterde versie van een natuurlijk voorkomend, zwak magnetisch eiwit genaamd ferritine.

"Ferritine, wat zo dicht in de buurt komt als de biologie ons heeft gegeven bij een natuurlijk magnetisch eiwit nanodeeltje, is echt niet zo magnetisch. Dat is waar deze krant over gaat, " zegt Alan Jaspers, een MIT-professor biologische engineering en senior auteur van het papier. "We hebben de tools van eiwittechnologie gebruikt om te proberen de magnetische eigenschappen van dit eiwit te versterken."

De nieuwe "hypermagnetische" eiwit-nanodeeltjes kunnen in cellen worden geproduceerd, waardoor de cellen kunnen worden afgebeeld of gesorteerd met behulp van magnetische technieken. Dit elimineert de noodzaak om cellen te labelen met synthetische deeltjes en stelt de deeltjes in staat om andere moleculen in cellen waar te nemen.

De hoofdauteur van het artikel is voormalig MIT-student Yuri Matsumoto. Andere auteurs zijn afgestudeerde student Ritchie Chen en Polina Anikeeva, een assistent-professor materiaalkunde en techniek.

Magnetische trekkracht

Eerder onderzoek heeft synthetische magnetische deeltjes opgeleverd voor het afbeelden of volgen van cellen, maar het kan moeilijk zijn om deze deeltjes in de doelcellen af ​​te leveren.

In de nieuwe studie Jasanoff en collega's wilden magnetische deeltjes maken die genetisch gecodeerd zijn. Met deze aanpak, de onderzoekers leveren een gen voor een magnetisch eiwit in de doelcellen, waardoor ze het eiwit zelf gaan produceren.

"In plaats van daadwerkelijk een nanodeeltje in het laboratorium te maken en het aan cellen te hechten of het in cellen te injecteren, we hoeven alleen maar een gen te introduceren dat voor dit eiwit codeert, " zegt Jasanoff, die ook een geassocieerd lid is van het McGovern Institute for Brain Research van MIT.

Als uitgangspunt, de onderzoekers gebruikten ferritine, die een voorraad ijzeratomen bevat die elke cel nodig heeft als componenten van metabole enzymen. In de hoop een meer magnetische versie van ferritine te maken, de onderzoekers maakten zo'n 10 miljoen varianten en testten die in gistcellen.

Na herhaalde screeningsrondes, de onderzoekers gebruikten een van de meest veelbelovende kandidaten om een ​​magnetische sensor te maken die bestaat uit versterkt ferritine dat is gemodificeerd met een eiwitlabel dat bindt aan een ander eiwit dat streptavidine wordt genoemd. Hierdoor konden ze detecteren of streptavidine aanwezig was in gistcellen; echter, deze benadering kan ook worden aangepast om andere interacties aan te pakken.

Het gemuteerde eiwit lijkt met succes een van de belangrijkste tekortkomingen van natuurlijk ferritine te overwinnen, dat is dat het moeilijk is om met ijzer te laden, zegt Alan Koretski, een senior onderzoeker bij het National Institute of Neurological Disorders and Stroke.

"Het zou fantastisch zijn om meer magnetische indicatoren voor MRI te kunnen maken, en dit is een belangrijke stap om dat type indicator robuuster te maken, " zegt Koretski, die geen deel uitmaakte van het onderzoeksteam.

Celsignalen detecteren

Omdat de gemanipuleerde ferritines genetisch gecodeerd zijn, ze kunnen worden vervaardigd in cellen die zijn geprogrammeerd om ze alleen onder bepaalde omstandigheden te laten reageren, zoals wanneer de cel een soort extern signaal ontvangt, wanneer het zich verdeelt, of wanneer het differentieert in een ander type cel. Onderzoekers konden deze activiteit volgen met behulp van magnetische resonantie beeldvorming (MRI), waardoor ze mogelijk de communicatie tussen neuronen kunnen observeren, activering van immuuncellen, of stamceldifferentiatie, onder andere verschijnselen.

Dergelijke sensoren kunnen ook worden gebruikt om de effectiviteit van stamceltherapieën te monitoren, zegt Jasonoff.

"Naarmate stamceltherapieën worden ontwikkeld, het zal nodig zijn om niet-invasieve instrumenten te hebben waarmee je ze kunt meten, "zegt hij. Zonder dit soort controle, het zou moeilijk zijn om te bepalen welk effect de behandeling heeft, of waarom het misschien niet werkt.

De onderzoekers werken nu aan het aanpassen van de magnetische sensoren aan het werk in zoogdiercellen. Ze proberen ook het gemanipuleerde ferritine nog sterker magnetisch te maken.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.