Рисунок 1. Схематическое представление магнитомеханического воздействия микродисков на клетку.
Рисунок 2. a) Оптическая микрофотография полученных микродисков. b) Магнитная структура микродиска (вихрь). с) Зависимость изменения интенсивности лазерного излучения от частоты магнитного поля (луч лазера сонаправлен магнитному полю, см. видео). d-e) Положение микродисков при включенном и выключенном магнитном поле соответственно.
Рисунок 3. Воздействие модифицированных микродисков (b, d - контрольная группа, c, e - обработанная группа) на раковые клетки.
Рисунок 4. Воздействие модифицированных микродисков (b, d - контрольная группа, c, e - обработанная группа) на раковые клетки.
Рисунок 5. Визуализация внутриклеточных ионов кальция с помощью флюоресцирующего красителя (повышенные концентрации ионов кальция указаны жёлтыми стрелками).
Ужасы наномира: резня раковых клеток магнитными микродисками
Магнитные жидкости, состоящие из наночастиц, находят применение во многих областях: например, в качестве контрастирующих агентов при получении изображений с помощью ЯМР, в качестве "вектора" при направленной доставке лекарств в медицине и разделении каких-либо биологических объектов, гипертермии и т.д. На сегодняшний день наиболее популярный и перспективный метод борьбы с раковыми клетками – локальная гипертермия, однако этот метод имеет ряд недостатков.
Авторы работы, опубликованной недавно в журнале Nature Materials, предложили использовать магнитные микродиски (MD) с вихревой структурой магнитных моментов для разрушения мембран раковых клеток за счёт магнитомеханического воздействия (Рисунок 1). Однако результат этого воздействия оказался не совсем обычным: в клетках запускается механизм самоубийства (апоптоза). С помощью процесса оптической литографии и магнетронного распыления были получены магнитные микродиски (пермаллой) диаметром ~1 мкм и толщиной около 60 нм с золотым покрытием (Рисунок 2). Затем к микродискам были "пришиты" антитела (mAb), которые отвечают за связь с мембраной раковой клетки. Также были приготовлены образцы с пришитыми антителами (IgG), которые не взаимодействуют с мембранами раковых клеток. Далее клеточные культуры, содержащие эти два вида магнитных микродисков, подвергали воздействию переменного магнитного поля. Количество потерявших мембрану клеток оценивали по присутствию лактатдегидрогеназы – LDH (Рисунок 3).
Подобрав длительность, напряжённость и частоту магнитного поля удалось достичь гибели ~90% раковых клеток. Однако такой эффект, как отмечают учёные, не может быть достигнут лишь за счёт магнитомеханического воздействия на мембраны клеток. Возможная причина столь массой гибели раковых клеток заключается в том, что магнитомеханическое воздействие – «спусковой крючок», который инициализирует биологическую смерть клеток (апоптоз), что было подтверждено при изучении распределения ионов кальция после гибели самих клеток (Рисунок 5).
Учёные надеются, что дальнейшие исследования в этой области позволят более подробно изучить механизмы, лежащие в основе гибели клеток после магнитомеханического воздействия, и, возможно, создать новое оружие против раковых клеток.
Изменение интенсивности лазерного излучения, которое сонаправлено магнитному полю. Микродиски изменяют ориентацию в пространстве под действие поля (см. рисунок 2 d, e).
Мне только непонятно, причем тут магнитные жидкости. Эти микродиски - это и есть магнитная жидкость, что ли?
Получается, диски поворачиваются в переменном магнитном поле и дергают клетки за рецепторы. А клетки от этого смущаются и уходят в апоптоз.
А что за клетки?
(И поправьте в тексте, в конце второго абзаца, пожалуйста: лактатдегидрогеназа по-русски пишется в одно слово, и, конечно же, середина слова не склоняется по падежам).
Что-то эта лактатдегидрогеназа меня совсем смутила. Если она вытекает... "присутствие лактатдегидрогеназы" - это же имеется в виду присутствие в среде? То есть, вытекание из клеток? То есть, это свидетельство лопнувшей мембраны? Ну какой же тогда тут апоптоз, ёлки?
Спасибо. Понятно. Хотят порвать мембрану, но эффективность выше, чем ожидалась, поэтому пытаются привязать сюда апоптоз. Ищут и находят... и какой там процент апоптотических клеток, не подскажете? (Просто подвох в том, что если их мало - то ведь практически в любой культуре клеток найдется некоторый процент апоптотических). Хотя журнал-то серьезный. По идее, тут ответом была бы картинка с данными цитометрии.
Глубокоуважемые коллеги и просто интересующиеся! Приятно такое внимание к даннои работе. Думаю, что прочтение собственно статьи и supplemental materials, а не перевода ее абстракта смогло бы многое прояснить:) Удивило и повеселило название сего перевода про "резню раковых клеток" и "ужасы наномира":) Ну и "пришитые антитела":) Ну даваите уж не опускаться до уровня современной желтои прессы! Правильно замечено про картинки 4 D и E (TUNNEL assay, или расщепление ДНК в результате апоптоза) есть размеры увеличения - 20 И 100 микрон соответственно, так что все честно - общая картинка и увеличенныи фрагмент. Порадуемся, господа, редакция журнала "Природа" по-прежнему работает очень ответственно:) Еще раз, всем рекомендую прочитать саму статью, а не ее очень краткий и небезукоризненный перевод. Желающим пришлю pdf фаил по электроннои почте.Всех благ!
Уважаемый Валентин, уважаемая Елена! В подписи к рисунку указано, что изображение d - контрольная группа, а изображение e - обработанная группа. Но d и e - это одна и та же картинка. Вот что заставило меня содрогнуться от ужаса.
Валентин, если нет русской раскладки клавиатуры, попробуйте сайт translit.ru.
Уважаемая Светлана Владимировна! Вы совершенно справедливо заметили - да, есть ошибка в подрисуночнои надписи. Я сеичас напишу редактору Nature, статья пока вышла только on-line, и есть возможность исправить. С благодарностью, Елена.
Светлана Владимировна! Я заметила, что Вы - аспирантка. Если Вы в будущем будете заинтересованы в постдокторскои стажировке, пришлите мне свое CV. Мы периодически ищем думающих молодых ученых. Е.
Число TUNEL-positive клеток мы считали через 1 час после воздеиствия магнитным полем, причем 1 час клетки инкубировали в стандартных условиях 37оС, СО2 и свежеи среде), т.е. это процент относительно выживших клеток.
Скажите, пожалуйста, а если посчитать процент апоптотических клеток относительно исходного числа клеток, будет ли такая большая разница между опытом и контролем?
Мы разрабатываем новые гибридные материалы, включающие неорганический материал с интересными свойствами, плюс биологическими материалами, поэтому статья опубликована в Натуре МАтериалс, а не в биологическом журнале. Апоптоз- процесс динамический, и "поймать" его пик нелегко, но в данной работе такой задачи и не стояло (надеемся, чтоп больше "биологии" мы еще опубликуем):) Поэтому мы сравниваем с контрольными клетками, на которые не воздействовали магнитным полем. Вообще, клетки глиобластомы очень устойчивы к индукторам апоптоза, или быстро к ним адаптируются. Так что "убить" их таким интеллигентным способом нелегко. И еще раз хочу обратить внимание, что благодаря уникальности магнитного материала данный эффект был достигнут при использовании беспрецедентно слабых магнитных полеи, что до сих никем не было опубликовано. Опечатку в подрисуночнои надписи исправят, за замечание отдельное огромное спасибо! Остается пожелать всем нашим коллегам творческого вдохновения, больших успехов в научных проектах, приводящих к громким публикациям и щедрому финансированию, конечно:))) Е.
и всё-таки, хотелось бы узнать у авторов, насколько могла бы быть эффективна подобная обработка магнитными дисками, допустим, 100нм*5нм размером? по крайней мере, коллоид в переменном магнитном поле ведет себя как в приложенном видеоролике. или такие окажутся слишком маленькими, чтобы эффективно раскромсать клетку?
А если просто взять маленькие и изотропные магнитные частицы? Мельтеша туда-сюда в переменном магнитном поле они тоже все изрешетят, как пули Проблема-то, судя по всему, покромсать нехороших селективно.
ну, я с физикой, конечно, знаком очень слабо. но мне кажется, что для мельтешения таких частиц туда-сюда придется создавать в обрабатываемой области некислые градиенты магнитного поля (ибо, вроде бы, сила пропорциональна в т.ч. и градиенту).
а чтобы заставлять частицы поворачиваться, надо лишь менять направление поля. ну и есть мнение, что изотропные частицы ворочать бесполезно. а, ну и суперпарамагнитные тоже для этого не особо подойдут.
вот непраздно интересуюсь, потому что свои замечательные наночки давно хочется для чего-нибудь такого приспособить.
Возможно я не прав.
Просто думал о том, что сильно магнитные частицы, легко примагнититить к стенке 2-см пузыречка за несколько секунд сильным постоянным магнитом.
И если менять полярность не слишком быстро можно достичь разумного "мельтешения".
А из какого материала "замечательные дискообразные наночки", если не секрет?
Согласен про более вязкие среды, но клетки они-таки не в глицерине
Вы меня крайне засмущали с наночками - оно и верно - лепо ль пялиться на такую деликатность
А давайте попробуем найти цифры, Светлана Владимировна!
Они так "вязкостью" (viscosity) и называются!
Вот смотрите - всего (потому что не так это много) не более 10 раз по сравнению с водой для достаточно "вязкой" крови. Меньше чем у растительного масла (а в растительных маслах "магнитные жидкости" прекрасно работают). У глицерина вязкость в ~1500 раз больше чем у воды! Вот данные, там у крови вязкость дана в 3-4 раза больше, чем у воды при 20C.
Владимир Владимирович, разве Ваши цифры говорят о том, что кровь менее вязка, чем вода? Разве я сказала наоборот, чем в Ваших ссылках? Разве я сравнивала кровь с глицерином или с растительным маслом? Разве, наконец, говорила я про кровь? Ну и напоследок, не подтасовываете ли Вы факты, сравнивая кровь при 37 градусах Цельсия с водой и глицерином при 20 (а если сравнить с 40, смысл, между прочим, останется совершенно тот же, только разница в цифрах будет не столь внушительна, но зато никакого обмана).
Светлана Владимировна,
Приведенные мной цифры говорят, что кровь (достаточно вязкая биологическая среда, собственно плазма менее вязкая) намного ближе по своей вязкости к воде, чем к глицерину.
И в диапазоне вязкости крови магнитные жидкости должны работать (для этого сравнение с растительным маслом).
С глицерином сравнивал Лев Артемович, и в наш диалог Вы активно включились!
P.S. Я привел все цифры (там есть и при 40) без подтасовок
P.P.S. Я не оспаривал Ваше мнение, просто обосновывал свое; и здорово, что что-то смогло пойти на пользу
(Важно заметить, что я согласен с Львом Артемовичем, что в очень вязких средах, как глицерин, вряд ли будет разумный эффект, и пытаюсь показать, что есть возможность. Вполне возможно, это и не так, только аргументы основанные на субъективных впечатлениях лишь ограниченно конструктивны...)
Владимир Владимирович, подтасовка состоит не в ссылке на табличку, а в приведенных вами сравнительных цифрах:
У глицерина вязкость в ~1500 раз больше чем у воды! Вот данные, там у крови вязкость дана в 3-4 раза больше, чем у воды при 20C.
А должно быть так: "У глицерина вязкость в ~430 раз больше чем у воды! Вот данные, там у крови при 37С вязкость дана в 4-6 раз больше, чем у воды при 40C."
Впрочем, меня-то Вы все равно не переубедили. Потому что кровь (ваша "достаточно вязкая биологическая среда") - это ЖИДКАЯ соединительная ткань, что ж удивляться её малой вязкости. Вы же не в крови собрались опухоль кромсать? Яичный белок или, пардон, сопли - вот это достаточно вязкая среда. Как гласит доблестная Википедия, "основные компоненты внеклеточного матрикса — гликопротеины, протеогликаны и гиалуроновая кислота", а это и есть мерзкая слизь.
А найдите, пожалуйста, вязкость (или, может, какой другой параметр?) клеточной мембраны, у Вас это хорошо получается. А то ведь это к ней частицы прилипают, это ведь в ней им предстоит "мельтешить".
У глицерина вязкость в 1400-1490 раз (в зависимости, где смотреть) больше, чем у воды при 20С.
Интересующие Вас данные, будьте добры, ищите сами; убеждать Вас лично в чем-либо мне не нужно и не столь интересно!
А, ну я-то думала, что это Вас интересует мельтешение маленьких частиц через мембраны клеток. Ну и пожалуйста, думайте что в организме всё будет так же, как в воде (при 20 градусах!) Поискать цифры - это было Ваше предложение, извините что неправильно Вас поняла (когда людям что-то неинтересно, они стараются этого и не делать, а Вы поступаете ровно наоборот, чем и ввели меня в заблуждение).
(И всё же не могу понять, зачем сравнивать чью-то вязкость при 20 градусах, если работать собрались предположительно с живыми людьми, а не с трупами.)
Вообще-то, (внутри)клеточную среду действительно можно считать очень вязкой. Намного больше чем кровь или плазма. Во всяком случае, видел съёмки под микроскопом, где наглотавшиеся магнитных частиц клетки просто сносило магнитным полем. Особых повреждений клеток при этом не было.
Уважаемыи Павел Павлович! Диски представляют собои железо-никелевыи магнитныи композит, покрытыи золотом. Диски "отличают" здоровые клетки от раковых благодаря тому, что на их поверхность покрыта антителами специфичными к анти-интерлеикин 13 рецептору. Такои рецептор НЕ экпрессируется здоровыми клетками. И еще, как старшии коллега еще и еще раз советую - читаите оригинальные статьи, а не их краткие переводы, там абсолютно все написано:) Успехов!
Мы думаем, что в данном случае следует прежде всего учитывать вязкость КЛЕТОЧНОИ МЕМБРАНЫ. Пожалуиста, наши теоретические выкладки мы разместили в Supporting Materials. Если же стоит вопрос о поведении магнитных частиц в крови, то да, надо иметь ввиду вязкость крови. Насколько я помню, для моделирования поведения магнитных частиц в крови in vitro используют смесь воды и этиленгликоля в соотношении 61/39%. Вообще таких работ очень и очень много, посмотрите в опубликованнои литературе. Есть и программа для моделирования подобных систем - COMSOL Multiphysics. Кажется, бесплатная. Такое моделирование уместно, когда изучают поведение или распределение частиц в крови или в работах по очистке и детоксифицации крови и так далее.
В нашем случае мы имеем дело с раком мозга, и для доставки в мозг через внутривенное введение необходимо решать и другие проблемы. Прежде всего - преодоление биологических барьеров. Для такои агрессивнои формы рака, как глиома, все это не имеет смысла, так это аггресивная опухоль и развивается она очень быстро. Поэтому для доставки используются специальные зонды, или доставка сочетается с хирургическои резекциеи глиомы, вобщем производится прямое введение.
Проясню насчет дисков; использовался пермалой - магнито-мягкий материал. Последнее приводит к формирований вихревой спиновой структуры. Это позволяет исключить дипольное взаимодеиствие между частицами в отсутствии внешнего магнитного поля, что очень важно для любых биомагнитных применений. При приложении магнитного поля, диски намагничиваются (путем смещения вихря), и испытывают крутящий момент. Относительно дискусии по вязкости - думаю что это не столь существенно, - т.к. диск "пришыт" к повержности клетки; из-за высокой жесткости клетки дисипацией энергии за счет вязкости среды можно смело принебречь. Также нужно отметить что магнитное поле в нашем случае - пространственно однородное, т.е. градиент поля не нужен. В принципе любые анизотропные частицы должны давать похожый результат, но необходимо помнить что если частица обладает магнитным моментом (намагничена) в отсутствие магнинтого поля, то могут быть сложности связаные с дипольным ввзаимодействием, и неконтролируемой агломерацией.
спасибо.
но я спрашивал именно о возможном влиянии размера на "биологическое" действие. то есть, произведет ли маленькая частица похожий эффект.
нам удается получать стабильные коллоиды именно магнитотвердых частиц. но размер существенно меньше - максимум 150 нм. стабилизация в различных средах - вопрос пока нерешенный (если решаемый вообще), но в воде отлично плавают и даже довольно долгое время стабильны в поле лабораторного магнита.
зато чем меньше размер, тем, по-моему, больше возможностей у частицы диффундировать к клеткам опухоли.
также хочу спросить, не вредно ли засовывать в организм пермаллой, пусть и покрытый золотом?
кстати, дисскуссия про вязкость мне непонятна. я привел пример лишь для того, чтобы показать, что малейшее препятствие - и частицы уже не так ловко реагируют на магнитное поле. и имел в виду в итоге, конечно, клеточную мембрану, которую сферическим наночкам Владимира Владимировича придется продавливать. в то время как анизотропные частицы, вращаясь в переменном поле, будут ее "тормошить и царапать".
Брали пермалой т.к. ето модельный материал для изучения магнитныкх викхрей. пермалой покрытий золотом оказался вполне не токсичен, во всяком случае в клеточных експериментах (предельная доза по биотоксичности была 1000 дисков на клетку). В дальнейшем (експерименты на жывотных) мы вместо пермалоя (скорее всего) будем использовать просто железо.
Частицы меньших размеров, конечно-же интерестны, особенно мышкам которых будут лечить; Какая петля гистерезиса, Ms? Если у вас это опубликовано - дайте ссылку. эффект должен быть похожым.. может придется отимизировать поля и т. п.
В этой статье мы показываем что магнито-механические еффекты могут быть очень сильными при использовании медленных (и слабых ) переменных магнитных полей. Во всяком случае если сравнивать с суперпарамагнитными частицами для гипертермии.
Рассуждения насчет "резни" - ето сильно упрощнный сценарий. Мы оцениваем величину силы создаваемои микродиском порядка нескольких десяткоv пикоНьютон; чтобы наверняка порвать мембрану - нужны сотни пикоНютон, если не наноНьютоны. А сам диск поворачивается всего на 1-2 градуса (действие поля компенсируется жесткостю клетки). Поэтому степень повреждения мембраны клетки - это вопрос открытый; кроме того не всякое механическое повреждение приведет к гибели клетки (а если и приведет, то к некрозу). Мы думаем что в етой работе значимым является как-раз проявление апопроза, т.е. механические воздействия радикально влияeт на клеточный ионный транспорт (см. рис. 5 выше).. и клетка умирает сама.. ну так уж ей плохо.
В Supporting Materials должно быть видео - конфокальная микроскопия живых клеток, связанных с дисками в магнитном поле, практически в реальном времени. Очевидно, как клетки "корчатся" (не знаю русского перевода "apoptotic blebbing", пузыри такие типичные для апоптоза). Плюс, видно передвижение и "вспышки" кальция (FLUO-4, calcium indicator dye). Естественно, мы сравнивали с контролями - без магнитного поля, без дисков, но с полем и т.д. В контролях таких кальциевых флуктуации мы не наблюдали. Посему мы предположили в статье, что мы активируем stretch-activated рецепторы или ионные каналы и "ворота". Ну и еще раз посмотрите на TUNEL, как иначе вы "покромсаете" ДНК в таких условиях? Только через активациею биохимических механизмов. Плюс, при использовании ингибитора каспаз мы наблюдали значительное снiжение TUNEL-положительных клеток и снiжение общеи токсичности. Вот Светлана Владимировна, кажется, хорошо такие вещи знает:) Еще раз извините, если существуют русские аналоги названии.
There is an Erratum (13 January 2010) associated with this Article.
Erratum
Nature Materials
Published online: 13 January 2010 | doi:10.1038/nmat2631
Biofunctionalized magnetic-vortex microdiscs for targeted cancer-cell destruction
Dong-Hyun Kim, Elena A. Rozhkova, Ilya V. Ulasov, Samuel D. Bader, Tijana Rajh, Maciej S. Lesniak & Valentyn Novosad
Introduction
Nature Materials doi:10.1038/nmat2591; published online: 29 November 2009; corrected online: 13 January 2010.
In the version of this Article originally published, the following sentence in the caption of Fig. 5 should have been written as: “Images of negative control (b,c) and MD-mAb-functionalized cells subjected to 20 Hz–90 Oe a.c. fields for 10 min and TUNEL stained 4 h after the magnetic-field exposure (d,e)”
This has been corrected in all versions of this Article.
Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь
Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2022
Коллектив авторов Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2022 содержат следующую информацию:
• Подготовка бакалавров на факультете наук о материалах МГУ
• Состав Государственной Экзаменационной Комиссии
• Расписание защит выпускных квалификационных работ бакалавров
• Аннотации квалификационных работ бакалавров
В эпоху коронавируса и борьбы с ним в существенной степени меняется парадигма выполнения творческих работ и ведения бизнеса, в той или иной мере касаясь привлечения новых типов дистанционного взаимодействия, использования виртуальной реальности и элементов искусственного интеллекта, продвинутого сетевого маркетинга, использования современных информационных технологий и инновационных подходов. В этих условиях важным является, насколько само общество готово к использованию этих новых технологий и как оно их воспринимает. Данной проблеме и посвящен этот небольшой опрос, мы будет рады, если Вы уделите ему пару минут и ответите на наши вопросы.
Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.
Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся
в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.
)
Мамочка!!!
совсем плохо в Природе с рецензированием.
они стесняются.
. обычно Ms до 60 emu/g, Hc до 5600 Oe, Mr=0.5Ms.