045 / 5459074 saling@1.hilarion.sk

Magnetické hračky a magnetky

Magnety boli a aj dnes sú najzaujímavejšou hračkou pre deti. Dajú sa nimi stavať domy a mosty, dokonca chytať magnetkami rybky. Neskôr vyučovať geometria v 3D. Aj poskladať magnetické puzzle. No a keď deti vyrastú, môžu sa hrať dospelí. A dnes máme takýchto hračiek pre dospelých nájdených kopec a ani o nich nevieme. V medicíne prinášajú nebývalý pokrok. Ak sú to magnetky na diaľkové ovládanie, tak to je už naozaj “pecka hračka”! Pamätáte si, keď ste dostali prvé autíčko na diaľkové ovládanie?

Viete, že je dnes možné na diaľku usmrtiť bunku, napr. nádorovú? Bratia Česi publikovali prácu práve o takejto možnosti v liečbe rakoviny. V článku “Diaľkové ovládanie apoptózy (apoptóza je programovaná bunková smrť) v bunkách rakoviny pečene pomocou magneticko-mechanickej modulácie nanočastíc oxidu železitého” https://www.mdpi.com/2072-6694/11/12/1873

 

V podstate k tomu potrebujeme špióna, teda SPION (superparamagnetic iron oxide nanoparticles – superparamagnetická nanočastica oxidu železitého) a pole, kde bude tento špión pôsobiť. Teda PMF (pulsed magnetic field – pulzné magnetické pole) a to, načo bude špión v poli svojho pôsobenia pôsobiť, je lyzozóm, malá organela bunky, niečo ako jej žalúdok. Čo tam teda špión robí? Ak nespí a je teda aktivovaný pulzným magnetickým poľom (paramagnetizus), tak pôsobí na stenu – membránu – lyzozómu a zmení jej priepustnosť – permeabilitu. LMP (lysosomal membrane permeabilization – lyzozomálna membránová permeabilizácia) potom naštartuje procesy starnutia, degradácie bunky, až jej smrť. V tomto príbehu je to dobré preto, že sa to týka nádorovej bunky pečene. Zdravie je v tomto prípade cieľom.

V decembri 2015 sa veda posúvala smerom k budúcnosti diaľkovým ovládaním rôznych veľmi malých, tzv. nano častíc pomocou veľmi malých, tzv. nano magnetov.

Popisujeme koncept magneto-mechanickej aktivácie jednodoménových magnetických nanočastíc (MNP – magnetic nanoparticles) v super-nízkofrekvenčných a nízkofrekvenčných striedavých magnetických poliach (AMF) a jeho možné použitie na diaľkové riadenie systémov dodávania liekov. O aplikáciách tohto prístupu na diaľkové ovládanie uvoľňovania liečiva, ako aj o účinkoch na biomakromolekuly, biomembrány, subcelulárne štruktúry a bunky. Tu je celý článok: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0168365915301383?via%3Dihub

Oblasť nanomedicíny má svoje nano nástroje. Aby sme si to vedeli predstaviť, tak napr. v roku 2009 zverejnil NanoLab, Inc videá na YT, kde ukázali ako taká nano-pinzeta vyzerá. Je cca 3,5x menšia ako erytrocyt – červená krvinka. https://www.youtube.com/playlist?list=PLED27406F6F82808D

Nano, super, para alebo fero magnet

A aká je hlavná funkcia „nano-para/ferro-magnetov“? Je to v podstate doprava v nano svete. Nano nosič je veľmi efektívny, rýchly a presný. To znamená, že pôsobí cielene na tie bunky, pre ktoré je určený.

Aktuálny výskum SPION (superparamagnetic iron oxide nanoparticles –  superparamagnetická nanočastica oxidu železitého) otvára široké horizonty pre ich použitie ako diagnostických látok pri zobrazovaní magnetickou rezonanciou, tak aj pre “nano-malé” transportné systémy dodávajúce lieky. Dodávka protirakovinových liekov, spojením s funkcionalizovanými SPION na ich cieľové miesto, je jednou z najsledovanejších oblastí výskumu vývoja stratégií liečby rakoviny. SPION fungujú aj ako nevírusové génové vektory (dnešné vakcíny tiež fungujú ako nevírusový vektor – prenášajú genetickú informáciu), ktoré uľahčujú zavedenie plazmidov do jadra mnohonásobne rýchlejšie ako bežne dostupné štandardné technológie. SPION-indukovaná hypertermia sa použila na lokalizované usmrcovanie rakovinových buniek. Napriek ich perspektívnemu použitiu sú zmeny v prepise génov, poruchy homeostázy železa, oxidačný stres a zmenené bunkové odpovede a niektoré toxikologické aspekty súvisiace so SPION, dôvodom na náležité zváženie. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3405876/

Citovaná recenzia poskytuje komplexné pochopenie „SPIONov“ s ohľadom na ich spôsob prípravy, ich použiteľnosť ako vehikula na dodávanie liekov a niektoré obavy, ktoré je potrebné vyriešiť skôr, ako budú môcť byť presunuté z teórie do praxe.

Vo vedeckom mikrosvete človek stvoril kvety

Pred troma rokmi bol publikovaný článok o zaujímavých magnetických kvietkoch mikrosveta, tzv. nanoflowers (nano-kvety), ktoré majú magnetické, resp. paramagnetické vlastnosti. Vynikajúco stabilizujú DNA a prenesú ju do jadra veľmi presne a rýchlo.  „Prenášaná“ DNA sa tak môže rýchlejšie „zabudovať“…

Vyvinuli sme metodiku na výrobu nano- a mikroskopických hybridných DNA-anorganických materiálov, ktoré je možné pripraviť v rôznych tvaroch. Vykazujú zvýšenú stabilitu a ochranu proti degradácii DNA a je možné s nimi manipulovať pomocou externého magnetického poľa. Tieto častice je možné pripraviť enzymaticky pomocou rôznych dvojmocných katiónov (Mn2+, Co2+ a Zn2+), ktoré ko-kryštalizujú s DNA a pyrofosfátovými aniónmi a tvoria novú triedu materiálov. Jednoduchou zmenou zloženia enzýmových pufrov ukážeme, že je možné meniť anorganické jadro DNF, riadiť morfológiu a veľkosť medzi 40 nm až 16 μm, manipulovať s hladinami DNA v časticiach a meniť ich povrchový potenciál. Zmenou polymerázového enzýmu je tiež možné ďalej riadiť morfológiu a meniť dĺžku DNA. Skúmali sme tiež magnetické vlastnosti materiálov, ktoré umožňujú nahliadnuť do štruktúr týchto materiálov. Nakoniec sme ukázali, že za určitých podmienok sú tieto štruktúry schopné selektívne sa viazať na svoj komplementárny cieľ DNA a v dôsledku toho môže DNA skôr interagovať. https://academic.oup.com/nar/article/46/15/7495/5052372

ICD – immunogenic cell death – imunogénna bunková smrť

Avšak to, čo v mysliach súčasných vedcov potrebuje nimi exaktne chápaná medicína, sú jedovaté kvety v mikrosvete. Presnejšie mangánové kvety. Určené sú na boj s rakovinou a ich cieľom je likvidácia buniek, samozrejme tých nádorových.

vyrobili sme PEGylované MNF (mangánové nanokvety) a demonštrovali ich bezprecedentnú imunomodulačnú aktivitu pri zvyšovaní ICD (imunogénnej bunkovej smrti) v reakcii na nutričný nedostatok (deficit kyslíka a nedostatok živín). Toto zistenie predstavuje nové vlastnosti MnO2 nanočastíc, ktoré podporujú imunitný dohľad a systémovú imunitnú odpoveď na eradikáciu nádorov. MNF (MnO2 nanoflowers – mangánové nanokvety) majú potenciál byť použité ako jedinečný induktor ICD … na rozdiel od bežných induktorov ICD (imunogénnej bunkovej smrti), sú schopné zapuzdrovať a dodávať ďalšie terapeutiká, buď malé molekuly alebo biomakromolekuly, na splnenie rozmanitých sofistikovaných biomedicínskych cieľov … bežné molekulárne induktory ICD (imunogénnej bunkovej smrti) majú všeobecne nízku špecificitu, a tak ovplyvňujú rôzne typy buniek. Naproti tomu schopnosť MNF indukovať ICD je selektívna k hladujúcim bunkám, čo ponúka výhodu minimalizácie vedľajších účinkov na normálne tkanivá, ak je nedostatok živín (a kyslíka) v nádoroch selektívne indukovaný .… Silná protinádorová aktivita naznačuje novú nanoterapeutickú paradigmu, to znamená imunoterapiu riadenú pomocou nanočastíc. Budúce práce by sa mali zamerať na optimalizáciu štrukturálnych vlastností MnO2 nanočastice … https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7887587/

Magnetické puzzle – RNA nanoflowers – RNA nanokvety

Podstata akejkoľvek skladačky spočíva v tom, aby jedno zapadalo do druhého s cieľom zmysluplného, pokiaľ možno aj estetického (či etického?) obrazu. RNA pripojíme ku kyseline listovej, k tomu magnetickú nanočasticu a dostaneme genetickú terapiu nádoru napr. prsníka. Tak by sa dalo veľmi cielene zabíjať to, čo je navyše a považujeme to za zvrhnuté, teda v prípade tejto štúdie nádorovú bunku prsníka. https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.analchem.6b03346

Čo má vakcína s magnetizmom, paramagnetizmom alebo feromagnetizmom?

Tu sa magnetofekcia použila na zvýšenie dodania vakcíny proti malárii DNA kódujúcej merozoitový povrchový proteín Plasmodium yoelii … https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/21361304/

Účinnosť dodávania DNA vakcín je v porovnaní s proteínovými vakcínami často relatívne nízka. Použitie superparamagnetických nanočastíc oxidu železitého (SPIONs) na dodávanie génov prostredníctvom magnetofekcie ukazuje nádej pri zlepšovaní účinnosti dodávania génov in vitro aj in vivo. Konkrétne, doba pre génovú transfekciu, najmä pre aplikáciu in vitro, sa dá významne znížiť magnetofekciou v porovnaní s časom potrebným na dosiahnutie vysokej génovej transfekcie so štandardnými protokolmi. SPIONY, ktoré boli stabilizované za fyziologických podmienok, je možné použiť ako terapeutické aj diagnostické látky vďaka svojim jedinečným magnetickým vlastnostiam … https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24715289/

Charakterizácia voľných a poréznych superparamagnetických nanočastíc oxidu železitého zapuzdrených v kremíku ako platformy pre vývoj terapeutických vakcín – je tu https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4057016/

P.S.: Otázka

Aké množstvo superparamagnetických nanočastíc zabezpečujúcich prenos RNA alebo DNA by muselo byť v mieste vpichu aby udržalo magnetku? A načo by tam vôbec boli?