Magnetische nanodeeltjes gebiosynthetiseerd door bacteriën kunnen binnenkort een belangrijke rol spelen in de biogeneeskunde en biotechnologie. Onderzoekers van de Universiteit van Bayreuth hebben nu een proces ontwikkeld en geoptimaliseerd voor de isolatie en zuivering van deze deeltjes uit bacteriële cellen. Bij de eerste testen magnetosomen vertoonden een goede biocompatibiliteit wanneer ze werden geïncubeerd met menselijke cellijnen. De resultaten, gepresenteerd in het tijdschrift Acta Biomaterialia , zijn daarom een ​​veelbelovende stap in de richting van het biomedische gebruik van magnetosomen in diagnostische beeldvormingstechnieken of als drager in toepassingen voor magnetische medicijnafgifte.

De magnetotactische bacterie Magnetospirillum gryphiswaldense produceert intracellulaire magnetische nanodeeltjes, zogenaamde magnetosomen. Deze zijn op een kettingachtige manier gerangschikt, vergelijkbaar met een parelsnoer, waardoor een soort magnetische kompasnaald wordt gevormd waarmee de bacteriën langs het magnetische veld van de aarde kunnen navigeren. In tegenstelling tot chemisch geproduceerde nanodeeltjes, magnetosomen vertonen een opvallend uniforme vorm en grootte van ongeveer 40 nanometer, een perfecte kristalstructuur, en veelbelovende magnetische eigenschappen. Bovendien, ze zijn omgeven door een biologisch membraan dat indien nodig kan worden uitgerust met aanvullende biochemische functionaliteiten. De deeltjes zijn daarom zeer aantrekkelijk voor een aantal biomedische en biotechnologische toepassingen.

Een interdisciplinair team van wetenschappers van de Universiteit van Bayreuth heeft nu kwaliteitscriteria gedefinieerd voor gezuiverde magnetosomen, die nodig zijn voor toekomstige toepassingen. Vooral, deze omvatten de uniformiteit (homogeniteit) van magnetosomen, een hoge mate van zuiverheid, en de integriteit van het membraan dat elk individueel magnetosoom omringt en stabiliteit biedt. Tegelijkertijd, de Bayreuth-onderzoekers hebben een methode ontwikkeld en geoptimaliseerd waarmee magnetosomen voorzichtig uit de bacteriën kunnen worden geïsoleerd. De nieuw ontwikkelde procedure voldoet niet alleen aan de kwaliteitscriteria, maar is ook aanpasbaar voor de isolatie van grotere hoeveelheden die nodig zijn in het brede scala aan toepassingen die worden overwogen in de biogeneeskunde en biotechnologie.

Het in Bayreuth ontwikkelde magnetosoomzuiveringsproces is gebaseerd op de fysische eigenschappen van de magnetische nanodeeltjes. Eerst, de magnetosomen worden gescheiden van andere niet-magnetische celcomponenten door magnetische kolommen. Tweede, vanwege de hoge dichtheid van de nanodeeltjes, een extra ultracentrifugatiestap maakt de verwijdering van resterende onzuiverheden mogelijk. De kwaliteit van de gezuiverde magnetosoomsuspensies werd beoordeeld door middel van fysisch-chemische technieken. In aanvulling, de biocompatibiliteit werd getest in nauwe samenwerking met het Jena University Hospital. Deze analyses onthulden hoge vitaliteitswaarden van met magnetosoom behandelde menselijke cellijnen, zelfs bij hoge deeltjesconcentraties. Dit duidt op een goede biocompatibiliteit volgens relevante DIN-normen, wat een voorwaarde vertegenwoordigt voor het gebruik van magnetosomen in magnetische beeldvormingstechnieken of het richten van kankercellen door magnetisch gecontroleerde medicijnafgifte. Bovendien, de nanodeeltjes kunnen een groot potentieel hebben op het gebied van theranostica, die nauwkeurige diagnose combineert met daaropvolgende gerichte therapie.