Om forskare kunde ge levande celler magnetiska egenskaper, de skulle kanske kunna manipulera cellulära aktiviteter med externa magnetfält. Men tidigare försök att magnetisera celler genom att producera järnhaltiga proteiner inuti dem har endast resulterat i svaga magnetiska krafter. Nu, forskare som rapporterar i ACS' Nanobokstäver har konstruerat genetiskt kodade proteinkristaller som kan generera magnetiska krafter många gånger starkare än de som redan rapporterats.

Det nya området för magnetogenetik försöker använda genetiskt kodade proteiner som är känsliga för magnetfält för att studera och manipulera celler. Många tidigare tillvägagångssätt har innehållit ett naturligt järnlagringsprotein som kallas ferritin, som kan självmontera till en "bur" som rymmer så många som 4, 500 järnatomer. Men även med denna stora järnlagringskapacitet, ferritinburar i celler genererar magnetiska krafter som är miljontals gånger för små för praktiska tillämpningar. För att drastiskt öka mängden järn som en proteinenhet kan lagra, Bianxiao Cui och kollegor ville kombinera ferritins järnbindande förmåga med de självsammansättande egenskaperna hos ett annat protein, kallas Inkabox-PAK4cat, som kan bilda enorma, spindelformade kristaller inuti celler. Forskarna undrade om de kunde fodra kristallernas ihåliga inre med ferritinproteiner för att lagra större mängder järn som skulle generera betydande magnetiska krafter.

För att göra de nya kristallerna, forskarna fusionerade gener som kodar för ferritin och Inkabox-PAK4cat och uttryckte det nya proteinet i mänskliga celler i en petriskål. De resulterande kristallerna, som växte till cirka 45 mikron i längd (eller cirka halva diametern av ett människohår) efter 3 dagar, påverkade inte cellöverlevnaden. Forskarna bröt sedan upp cellerna, isolerade kristallerna och tillsatte järn, vilket gjorde det möjligt för dem att dra runt kristallerna med externa magneter. Varje kristall innehöll cirka fem miljarder järnatomer och genererade magnetiska krafter som var nio storleksordningar starkare än enstaka ferritinburar. Genom att introducera kristaller som var förladdade med järn till levande celler, forskarna kunde flytta runt cellerna med en magnet. Dock, de kunde inte magnetisera cellerna genom att tillsätta järn till kristaller som redan växte i celler, möjligen för att järnhalterna i cellerna var för låga. Detta är ett område som kräver ytterligare utredning, säger forskarna.