Nanokémia Laboratórium Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet Mágneses folyadékok előállítása és stabilizálása fiziológiás körülmények között orvos-biológiai felhasználás céljából Hajdú Angéla Nanokémia Laboratórium Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet SOTE-ÁOK

„God created space and the devil created surface.” Mágneses folyadékok Folyadékban szétoszlatott mágneses részecskék, külső mágneses térrel manipulálhatók. Mágneses részecskék, gyakran vas-oxidok, mérete kicsi, néhány tíz nanométertől (10-9 m) néhány mikrométerig (10-6 m) terjed. Magnetit (Fe3O4) (mágnesvaskő) „God created space and the devil created surface.” /Wolgang Pauli/ Mágneses folyadék

Orvosbiológiai felhasználás Feltételei: - Biokompatibilis, nem mérgező - Kémiailag stabilak - Egységes méretűek - Vizes közegben ne aggregálódjon Stabilitás, egyedi részecskék – adszorpciós réteg A részecskék összetapadását meg kell akadályozni! trombózis veszély – rögképződés az érpályában aggregáció C. Alexiou et al.,JMMM, (2001) Intravénás bejuttatás vagy közvetlen a tumorba injektálni...

Célzott hatóanyag bejuttatás Teranosztika Borítás Mágneses mag Funkciós csoport pl: ligand antitest, effektor molekula Hatóanyag Kontrasztanyag, festék Terápia + Diagnosztika MRI Hipertermia Célzott hatóanyag bejuttatás Sun et al., Advanced Drug Delivery Reviews, 2008

Magnetit előállítása FeCl2, FeCl3 Fe3O4 XRD lúgos ATR-FTIR hidrolízis TEM Fe3-xO4 Fe3O4 DLS

Adszorpció magnetit felületén Poliakrilát (PAA) Citrát (CA) Na-oleát (NaOA)

Mágneses folyadékok kölcsönhatása HeLa sejtekkel Gyógyszerhatástani és Biofarmáciai Tanszék, Szeged; Zupkó István MTT assay NINCS citotoxikus hatás 5, 20, 100 mg/ml 5, 20, 100 mg/ml

MRI - H-NMR A különféle hidrofil réteggel burkolt szuperparamágneses magnetit nanorészecskék proton relaxivitást csökkentő hatásának tesztelése MRI diagnosztikai céllal Euromedic Diagnostic Kft, Szeged, Babos Magor Kolloid- és Környezetkémiai Tanszék, Debrecen, Bányai István Bruker MiniSpec Mq 20 (0,47 T) Bruker DRX 400 (9,47 T) GE Excite HD (1,5 T)

MRI-T1 (spin-rács) relaxáció Különböző stabilizátorok GE Excite HD (1,5 T) Növekvő koncentráció R1=1/T1

MRI-T2 (spin-spin) relaxáció Különböző stabilizátorok GE Excite HD (1,5 T) Növekvő koncentráció R2=1/T2

r1, r2 relaxivitás térerősség függése Gd-komplex: r1 = 4,7 mM-1s-1; r2 = 5,3 mM-1s-1 Bonnemain,1996, Yan et al.,2007, Weissleder et al.,1990

A mágneses folyadékok hipertermiás hatása 42oC, 30 perc Fizika Intézet, Veszprém, Szalai István Neél relaxáció Brown relaxáció Mornet et al., 2004 Oszcilloszkóp Generátor Erősítő Tekercs Hőmérő 800 kHz, 5,4 AC H=2,1 kA/m 1MHz, 5,4 AC H=3,3 kA/m Vízhűtés

Nanorészecske-fehérje kölcsönhatás Soft corona Hard corona M. A. Dobrovolskaia,S. E. McNeil, Nature, Nanotechnology, 2007 Walczyk et al., JACS, 2010

Nanorészecske-fehérje kölcsönhatás Lynch et al., ACIS, 2007 Sun et al.,Advanced Drug Delivery Reviews, 2008 Sejtmembránon átjutás: 1, fagocitózissal 2, makropinocitózissal 3, clathrin irányított endocitózissal 4, caveolin irányított endocitózissal 5, clathrin/caveolin független endocitózissal Mit lát a sejt? Fehérjét Nanorészecskét M. A. Dobrovolskaia,S. E. McNeil, Nature, Nanotechnology, 2007

Nanorészecske-fehérje kölcsönhatás 10 % ; 55 % humán plazma 10 % marha szérum albumin (sejt táptalaj) Fehérje koncentráció Só koncentráció 10mM foszfát puffer + 100mM NaCl sejt médium (só mellett növekedési faktorok…stb) pH pH= 7,5 Full corona Hard corona A nanorészecskék szétoszlatása a biológai médiumba, majd időprofil felvétele (0-24 h) Nanorészecske + médium: 1 h inkubáció 25oC Felesleg eltávolítása: 3 x centrifugálás, újra diszpergálás foszfát pufferben Magnetit nanorészecskék Stabilizátorok: citrát, poliakrilát, oleát Időprofil felvétele (0-24 h)

Hidrodinamikai átmérő Fehérje réteg vastagsága Nanorészecske-fehérje kölcsönhatás Részecskeméret meghatározás: Részecskeméret Eloszlás Hidrodinamikai átmérő Aggregáció foka Felületi töltés Részecskeméret Fehérje réteg vastagsága

Nanorészecske-fehérje kölcsönhatás

Nanorészecske-fehérje kölcsönhatás sűrűség 55% hp full corona:~5 nm 55% hp hard corona: ~3.5-4 nm 10% hp full corona: 1.5-3 nm

Nanorészecske-fehérje kölcsönhatás

SDS-PAGE 55-10% human plasma CA-MF PAA-MF OAOA-MF 55% 10% 55% 10% kDa 55% 10% 55% 10% 55% 10% 230 150 100 80 60 50 40 30 25 20 15

Time dependent protein adsorption SDS-PAGE PAA-MF OAOA-MF CA-MF 5 min 1 h 4 h 5 min 1 h 4 h 5 min 1 h 4 h kDa 230 150 100 80 MS analízise a fontosabb feherjéknek 60 50 40 30 25 20 15 CA-MF PAA-MF OAOA-MF 10% cMEM 10% cMEM 10% cMEM kDa 230 150 Time dependent protein adsorption 100 80 60 50 40 Human plasma – Cell medium 30 25 20 15

Magnetic Resonance Imaging r1, r2 relaxivities Pluronic F127/OA-MNPs (71 nm) 0.311 (37oC) 71.3 (37oC) 229.3 (37oC) Resovist (65 nm) 10.9 (37oC) 190 (37oC) 17.4 (37oC) Protein coated-magnetoferritin(12 nm) 8 (37oC) 218 (37oC) 27.25 (37oC) PVP grafted MNPs (~220 nm) 2.6 (25oC) 72.1 (25oC) 28.1 (25oC) Yan et al., Radiography, 2007; Arsalani et al., Polymer Letter, 2010; Qin et al., Adv. Mater, 2007

Kiürülésük a szervezetből Fél-életidejük a vérben nagyon rövid – méretükkel szintén befolyásolható a keringési idő A májban és a lépben halmozódnak fel: RES sejtek Kupffer sejtek Feltehetőleg a vörösvértestek szintézisébe kapcsolódik a mágneses folyadék vastartalma Letális dózis fél-érték meghatározása, nincs klinikai intolerancia vagy működési zavar A RES helyett ma már inkább a MPS (Mononuclear Phagocyte System) kifejezést szokáshasználni. Az MPS elemei közé tartoznak a vér, a pleuralis és a peritonealis üreg monocytai, a szöveti mobilis macrophagok az un. hystiocyták, az osteoclastok, a Kupffer sejtek (máj), az alveoláris macrophagok (tüdõ), a microglia sejtek (agy) illetve a bõr Langerhans sejtjei. mononuclear phagocyte systemn.Abbr. MPS A widely distributed collection of both free and fixed macrophages derived from bone marrow precursor cells by way of monocytes; their substantial phagocytic activity is mediated by immunoglobulin and by the serum complement system. L.M.Lacava et al.,JMMM (2004) W. Möller et al.,JMMM (2005)

SANS