Magneter kan vara ett verktyg för att styra stamcellers helande krafter för att behandla tillstånd som hjärtsjukdomar eller kärlsjukdomar.

Genom att mata stamceller med små partiklar gjorda av järnoxid, forskare vid Emory och Georgia Tech kan använda magneter för att attrahera cellerna till en viss plats i kroppen efter intravenös injektion.

Resultaten publiceras online i tidskriften Små och kommer att dyka upp i ett kommande nummer.

Uppsatsen var ett resultat av samarbete mellan W. Robert Taylors laboratorier, MD, PhD, och Gang Bao, PhD. Taylor är professor i medicin och biomedicinsk teknik och chef för avdelningen för kardiologi vid Emory University School of Medicine. Bao är professor vid Wallace H. Coulters avdelning för biomedicinsk teknik vid Georgia Tech och Emory University.

Medförfattarna till uppsatsen är postdoktorala stipendiater Natalia Landazuri, PhD, och Sheng Tong, PhD. Landazuri är nu på Karolinska Institutet i Sverige.

Typen av celler som används i studien, mesenkymala stamceller, är inte embryonala stamceller. Mesenkymala stamceller kan lätt erhållas från vuxna vävnader såsom benmärg eller fett. De kan bli ben, fett- och broskceller, men inte andra typer av celler som muskel eller hjärna. De utsöndrar en mängd olika närande och antiinflammatoriska faktorer, vilket skulle kunna göra dem till värdefulla verktyg för att behandla tillstånd som hjärt-kärlsjukdomar eller autoimmuna sjukdomar.

Järnoxidnanopartiklar är redan FDA-godkända för diagnostiska ändamål med MRI (magnetisk resonanstomografi). Andra forskare har försökt ladda stamceller med liknande partiklar, men fann att beläggningen på partiklarna var giftig eller förändrade cellernas egenskaper. Nanopartiklarna som används i denna studie har en polyetylenglykolbeläggning som skyddar cellen från skador. En annan unik egenskap är att Emory/Tech-teamet använde ett magnetfält för att trycka in partiklarna i cellerna, snarare än kemiska medel som tidigare använts.

"Vi kunde ladda cellerna med många av dessa nanopartiklar och vi visade tydligt att cellerna inte skadades, " säger Taylor. "Beläggningen är unik och därför skedde ingen förändring i lönsamhet och kanske ännu viktigare, vi såg ingen förändring i stamcellernas egenskaper, såsom deras förmåga att differentiera."

"Detta var i grunden ett proof of princip experiment. I slutändan, vi skulle rikta dessa till en viss lem, ett onormalt blodkärl eller till och med hjärtat."

Partiklarna är belagda med den giftfria polymeren polyetylenglykol, och har en järnoxidkärna som är cirka 15 nanometer tvärs över. För jämförelse, en DNA-molekyl är 2 nanometer bred och ett enskilt influensavirus är minst 100 nanometer brett.

Partiklarna verkar fastna i cellernas lysosomer, som är delar av cellen som bryter ner avfall. Partiklarna ligger kvar i minst en vecka och läckage kan inte upptäckas. Forskarna mätte järnhalten i cellerna när de hade laddats upp och fastställde att varje cell absorberade ungefär 1,5 miljoner partiklar.

När cellerna väl laddades med järnoxidpartiklar, Emory/Tech-teamet testade magneters förmåga att knuffa cellerna både i cellkultur och i levande djur.

Hos möss, en stångformad magnet för sällsynta jordartsmetaller kunde locka injicerade stamceller till svansen. Magneten applicerades på den del av svansen som var nära kroppen medan cellerna injicerades. Normalt sett skulle de flesta mesenkymala stamceller deponeras i lungorna eller levern.

För att spåra var cellerna gick in i mössen, forskarna märkte cellerna med ett fluorescerande färgämne. De beräknade att stångmagneten gjorde stamcellerna 6 gånger fler i svansen. Dessutom, själva järnoxidpartiklarna skulle potentiellt kunna användas för att följa cellers framsteg genom kroppen.

"Nästa, vi planerar att fokusera på terapeutiska tillämpningar i djurmodeller där vi kommer att använda magneter för att styra dessa celler till den exakta plats som behöver påverka reparation och regenerering av nya blodkärl, " säger Taylor.