Magnetiska nanopartiklar biosyntetiserade av bakterier kan snart spela en viktig roll inom biomedicin och bioteknik. Forskare vid University of Bayreuth har nu utvecklat och optimerat en process för isolering och rening av dessa partiklar från bakterieceller. I de första testerna, magnetosomer visade god biokompatibilitet när de inkuberades med mänskliga cellinjer. Resultaten, presenteras i tidskriften Acta Biomaterialia , är därför ett lovande steg mot biomedicinsk användning av magnetosomer i diagnostiska avbildningstekniker eller som bärare i magnetiska läkemedelstillförselapplikationer.

Den magnetotaktiska bakterien Magnetospirillum gryphiswaldense producerar intracellulära magnetiska nanopartiklar, så kallade magnetosomer. Dessa är arrangerade på ett kedjeliknande sätt som liknar ett pärlband, bildar därigenom en slags magnetisk kompassnål som gör att bakterierna kan navigera längs jordens magnetfält. I motsats till kemiskt framställda nanopartiklar, magnetosomer uppvisar en slående enhetlig form och storlek på cirka 40 nanometer, en perfekt kristallstruktur, och lovande magnetiska egenskaper. Dessutom, de är omgivna av ett biologiskt membran som kan utrustas med ytterligare biokemiska funktioner efter behov. Partiklarna är därför mycket attraktiva för ett antal biomedicinska och biotekniska tillämpningar.

Ett tvärvetenskapligt team av forskare vid University of Bayreuth har nu definierat kvalitetskriterier för renade magnetosomer, som krävs för framtida ansökningar. Särskilt, dessa inkluderar enhetligheten (homogeniteten) hos magnetosomer, en hög grad av renhet, och integriteten hos membranet som omger varje enskild magnetosom och ger stabilitet. På samma gång, Bayreuth-forskarna etablerade och optimerade en metod med vilken magnetosomer försiktigt kan isoleras från bakterierna. Det nyutvecklade förfarandet uppfyller inte bara kvalitetskriterierna utan är också anpassningsbart för isolering av större kvantiteter som krävs i det breda spektrum av tillämpningar som föreställs inom biomedicin och bioteknik.

Den magnetosomreningsprocess som utvecklats i Bayreuth är baserad på de magnetiska nanopartiklarnas fysikaliska egenskaper. Först, magnetosomerna är separerade från andra icke-magnetiska cellkomponenter av magnetiska kolonner. Andra, på grund av nanopartiklarnas höga densitet, ett ytterligare ultracentrifugeringssteg tillåter avlägsnande av kvarvarande föroreningar. Kvaliteten på de renade magnetosomsuspensionerna bedömdes med fysikalisk-kemiska tekniker. Dessutom, biokompatibiliteten testades i nära samarbete med Jena Universitetssjukhus. Dessa analyser avslöjade höga vitalitetsvärden för magnetosombehandlade mänskliga cellinjer även vid höga partikelkoncentrationer. Detta indikerar god biokompatibilitet enligt relevanta DIN-standarder, som representerar en förutsättning för användning av magnetosomer i magnetisk avbildningsteknik eller målinriktning av cancerceller genom magnetiskt kontrollerad läkemedelstillförsel. Dessutom, nanopartiklarna kan ha stor potential inom terapiområdet, som kombinerar exakt diagnos med efterföljande riktad terapi.