Método de transfección mediante campos magnéticos.
La magnetofección es un método de transfección que utiliza campos magnéticos para concentrar partículas que contienen vectores para dirigirse a las células del cuerpo. [1] La magnetofección se ha adaptado a una variedad de vectores, incluidos ácidos nucleicos , sistemas de transfección no virales y virus . Este método ofrece ventajas como una alta eficiencia de transfección y biocompatibilidad que se equilibran con limitaciones.
Mecanismo
Principio
El término magnetofección, actualmente registrado por la empresa OZ Biosciences, combina las palabras magnético y transfección. [2] La magnetofección utiliza ácidos nucleicos asociados a nanopartículas magnéticas . Estos complejos moleculares luego se concentran y transportan al interior de las células mediante la aplicación de un campo magnético .
Luego, las nanopartículas se combinan con vectores genéticos ( ADN , ARNip , ODN , virus , etc.). Un método implica vincular partículas virales a partículas magnéticas mediante una interacción avidina - biotina . [5] Los virus también pueden unirse a las nanopartículas mediante interacción hidrofóbica . [6]
Otro método de síntesis implica recubrir nanopartículas magnéticas con lípidos o polímeros catiónicos mediante agregación inducida por sales. Por ejemplo, las nanopartículas se pueden conjugar con polietilenimina (PEI) , un polímero cargado positivamente que se utiliza comúnmente como agente de transfección. [7] La solución de PEI debe tener un pH alto durante la síntesis para fomentar una alta expresión genética. [8] Las nanopartículas cargadas positivamente pueden asociarse con ácidos nucleicos cargados negativamente mediante interacción electrostática . [9]
El proceso de magnetofección. Magnet concentra nanopartículas con vectores genéticos en células para su transfección.
Captación celular
Las partículas magnéticas cargadas con vectores se concentran en las células objetivo mediante la influencia de un campo magnético externo. Luego, las células absorben material genético de forma natural mediante endocitosis y pinocitosis . En consecuencia, la arquitectura y estructura de la membrana permanecen intactas, a diferencia de otros métodos de transfección física, como la electroporación o las pistolas genéticas que dañan la membrana celular. [10]
Luego, los ácidos nucleicos se liberan en el citoplasma mediante diferentes mecanismos según la formulación utilizada:
el efecto de esponja de protones causado por los polímeros catiónicos recubiertos sobre las nanopartículas que promueven la inflamación osmótica del endosoma , la alteración de la membrana del endosoma y la liberación intracelular de la forma de ADN,
la desestabilización del endosoma por lípidos catiónicos recubiertos en las partículas que liberan el ácido nucleico en las células mediante el cambio de lípidos negativos de las células y la neutralización de carga y
El mecanismo de infección viral.
La magnetofección funciona con células que no se dividen o que se dividen lentamente, lo que significa que el material genético puede llegar al núcleo celular sin división celular . [11]
Aplicaciones
La magnetofección se ha probado en una amplia gama de líneas celulares , células primarias y difíciles de transfectar. [12] Se han desarrollado específicamente varias formulaciones de nanopartículas magnéticas optimizadas y eficientes para varios tipos de aplicaciones, como ADN, ARNip y transfección de neuronas primarias, así como aplicaciones virales. [13]
La investigación sobre magnetofección se encuentra actualmente en la etapa preclínica. Esta técnica se ha probado principalmente in vivo utilizando ADN plasmídico en modelos de ratón, rata y conejo para aplicaciones en el hipocampo, tumores subcutáneos, pulmones, médula espinal y músculos. [14]
Células madre neuronales creciendo en cultivo.
Algunas aplicaciones incluyen:
Entrega del gen GFP en células madre neurales primarias , que normalmente son difíciles de transfectar, con una eficacia del 18 % con un campo magnético estático y una eficacia del 32 % con un campo oscilante. [15]
Administración de oligodesoxinucleótidos (ODN) en células endoteliales de la vena umbilical humana con una eficiencia del 84 %. [dieciséis]
Entrega de ARNip a células HeLa para desactivar el gen indicador de luciferasa. [17]
Entrega de vectores adenovirales a linfocitos primarios de sangre periférica humana. [18]
Ventajas
La magnetofección intenta unir las ventajas de los métodos de transfección bioquímicos ( lípidos o polímeros catiónicos) y físicos ( electroporación , pistola genética ). Permite la entrega local con alta eficiencia de transfección, tiempo de incubación más rápido y biocompatibilidad. [19]
Eficiencia de transfección
El acoplamiento de nanopartículas magnéticas a vectores genéticos da como resultado un aumento de cientos de veces en la absorción de estos vectores en una escala de tiempo de minutos, lo que conduce a una alta eficiencia de transfección. [20] Los complejos de vectores genéticos y nanopartículas magnéticas se transfectan en células después de 10 a 15 minutos, lo que es más rápido que las 2 a 4 horas que requieren otros métodos de transfección. [21] Después de 24, 48 o 72 horas, la mayoría de las partículas se localizan en el citoplasma , en las vacuolas (membranas que rodean la estructura de las células) y ocasionalmente en el núcleo celular . [22]
Biocompatibilidad
Las nanopartículas magnéticas no se agregan fácilmente una vez que se retira el imán y, por lo tanto, es poco probable que bloqueen los capilares o causen trombosis . [23] Además, el óxido de hierro es biodegradable y el hierro puede reutilizarse en la hemoglobina o en las vías del metabolismo del hierro. [24] [25]
Desventajas
Variabilidad de partículas
La síntesis de nanopartículas magnéticas a veces puede dar lugar a una amplia gama de partículas de diferentes tamaños. [26] El tamaño de las partículas puede influir en su utilidad. Específicamente, las nanopartículas que tienen un tamaño inferior a 10 nm o superior a 200 nm tienden a eliminarse del cuerpo más rápidamente. [27]
Localización en vivo
Si bien se pueden utilizar imanes para localizar nanopartículas magnéticas en las células deseadas, este mecanismo puede ser difícil de mantener en la práctica. Las nanopartículas se pueden concentrar en un espacio 2D, como en una placa de cultivo o en la superficie del cuerpo, pero puede resultar más difícil localizarlas en el espacio 3D del cuerpo. La magnetofección no funciona bien en órganos o vasos sanguíneos alejados de la superficie del cuerpo, ya que el campo magnético se debilita a medida que aumenta la distancia. [28] [29] Además, el usuario debe considerar la frecuencia y el momento de aplicación del campo magnético, ya que las partículas no necesariamente permanecerán en la ubicación deseada una vez que se retire el imán. [30]
Citotoxicidad
Si bien el óxido de hierro utilizado para fabricar nanopartículas es biodegradable, la toxicidad de las nanopartículas magnéticas aún está bajo investigación. Algunas investigaciones no han encontrado signos de daño a las células, mientras que otras afirman que las nanopartículas pequeñas (< 2 nm) pueden difundirse a través de las membranas celulares y alterar los orgánulos. [31] [32]
Además, concentraciones muy altas de óxido de hierro pueden alterar la homeostasis y provocar una sobrecarga de hierro , lo que puede dañar o alterar el ADN, afectar las respuestas celulares y matar células. [33] Las lisosimas también pueden digerir las nanopartículas y liberar hierro libre que puede reaccionar con el peróxido de hidrógeno para formar radicales libres, lo que produce efectos citotóxicos, mutagénicos y cancerígenos. [34]
Referencias
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Otras lecturas
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