كرات مغناطيسية مجهرية - حبات مغناطيسية

مقدمة عن الكرات الدقيقة المغناطيسية

في الوقت الحاضر، يتمثل تطبيق الكرات الدقيقة المغناطيسية في الطب الحيوي في الكرات الدقيقة المناعية المغناطيسية، والتي تطورت بسرعة وتم إطلاقها بالفعل بالعديد من التطبيقات الناجحة. تعد المواد النانوية المغناطيسية مكونًا مهمًا للكرات الدقيقة المغناطيسية، وبالتالي يجب أيضًا النظر في تطبيق الجسيمات النانوية المغناطيسية.

1. تحضير وخصائص المواد النانوية المغناطيسية

المواد المغناطيسية الشائعة الاستخدام هي أكسيد الحديديك، وأكسيد الحديديك، وسبائك الحديد والكوبالت، وغيرها. تتميز هذه المواد المغناطيسية باستجابة مغناطيسية جيدة، ويمكن الحصول عليها بسهولة على المستوى النانوي باستخدام الطرق المناسبة. على سبيل المثال، تُذاب كمية معينة من المادة المغناطيسية في كمية مناسبة من الماء المقطر، وتُرشّح وتُخلط، ثم تُخفّف بكمية معينة من الماء المقطر، وتُحرّك بالتساوي، ثم تُضاف مادة خافضة للتوتر السطحي مناسبة كمشتّت. عند درجة حرارة معينة، يُحرّك المحلول باستمرار ويُضاف إلى النظام بسرعة محددة.

بعد إضافة القطرات، استمر في التقليب لمدة نصف ساعة. أخرجه وضعه على مغناطيس لترسيب جزيئات أكسيد الحديد، ثم أزل السائل الشفاف العلوي، ثم أضف كمية مناسبة من محلول التشتت في الماء، ووزّعه بالموجات فوق الصوتية، ثم رشّحه، لتحصل على محلول غرواني ملون من جزيئات أكسيد الحديد النانوية المغناطيسية.

يؤثر تركيز المحلول القلوي أثناء عملية التحضير بشكل كبير على خصائص جسيمات أكسيد الحديد النانوية. يؤدي انخفاض تركيز المحلول القلوي إلى انخفاض قوة مغناطيسية المادة المغناطيسية؛ تؤثر سرعة تنقيط المحلول القلوي على أداء المواد المغناطيسية. كلما كانت سرعة التنقيط أبطأ، كان حجم جسيم المادة المغناطيسية أصغر وانخفضت قوة المغناطيسية؛ كما أن درجة حرارة تفاعل النظام لها تأثير أيضًا، حيث تزيد درجة الحرارة من حجم الجسيمات وتعزز المغناطيسية.

يمكن تخفيف المواد النانوية المغناطيسية التي تم الحصول عليها بالطريقة المذكورة أعلاه بالماء بشكل مناسب وتصويرها تحت المجهر الإلكتروني. يمكن تحديد حجم الجسيمات وتوزيعها بواسطة محلل الصور، أو قياسها مباشرة بواسطة محلل حجم الجسيمات بالليزر. يمكن الحصول على أحجام مختلفة من المواد النانوية، حيث يكون الحد الأدنى لمتوسط حجم الجسيمات بضعة نانومتر. يتم توزيع حجم الجسيمات بشكل طبيعي بشكل عام. يمكن أيضًا تحليل بنية المواد النانوية المغناطيسية باستخدام محلل حيود الأشعة السينية، ويمكن قياس مغناطيسيتها باستخدام مقياس المغناطيسية.

2. إعداد الكرات المغناطيسية الدقيقةاستخدام المواد النانوية المغناطيسية

يمكن تحضير الكرات الدقيقة المغناطيسية من الجسيمات النانوية المغناطيسية ومواد الهيكل البوليمرية. تشمل المواد البوليمرية البوليسترين والسيلان والبوليين وحمض البولي أكريليك والنشا والبكتين والجيلاتين والألبومين والسليلوز الإيثيلي وما إلى ذلك. هناك مواد طبيعية وصناعية، يمكن استخدامها بمفردها أو بالاشتراك مع مواد هيكلية. يجب أن تتمتع مواد الهيكل هذه بخصائص مستقرة وقوة عالية ولا تسبب آثارًا جانبية سامة.

يمكن تقسيم طرق تحضير الكرات الدقيقة المغناطيسية إلى طرق من خطوة واحدة وخطوتين: تتضمن طريقة الخطوة الواحدة إضافة مواد نانوية مغناطيسية قبل تشكيل الكرة، وأثناء تشكيل الكرة، يلفها البوليمر بالداخل؛ تتضمن طريقة الخطوتين أولاً تحضير كرات دقيقة غير مغناطيسية، ثم إدخال مواد مغناطيسية فيها من خلال المعالجة، وأخيراً تشتيت الجسيمات النانوية المغناطيسية في مادة تقوية العظام للكرات الدقيقة.

طريقة الخطوة الواحدة التي تم تطويرها سابقًا وهناك العديد من الطرق، ولكن تم تقديم الطرق الأربعة التالية فقط.

(1) تشتيت المواد النانوية المغناطيسية (مثل جسيمات أكسيد الحديد النانوية) في الماء، وإضافة مونومرات البوليمر، ثم إضافة المبادرات لبدء تفاعل البلمرة في ظل الظروف المناسبة، بحيث تتبلمر المونومرات حول جسيمات أكسيد الحديد النانوية لتكوين كرات مجهرية مغناطيسية. غالبًا ما يتم تحضير الكرات المجهرية المغناطيسية باستخدام مواد بوليمرية اصطناعية كهيكل باستخدام هذه الطريقة.

(2) قم بتشتيت المواد النانوية المغناطيسية في محلول مائي من مواد هيكلية بوليمرية، وأضف المواد الخافضة للتوتر السطحي المناسبة، وقم بمزجها في مستحلبات W/O في مذيب كاره للماء. استخدم طرق المعالجة الحرارية أو المعالجة بالترابط المتقاطع لتصلب مواد الهيكل البوليمري في كرات مجهرية مغناطيسية. غالبًا ما يتم تحضير الكرات المجهرية المغناطيسية مع مواد بوليمرية طبيعية كهيكل باستخدام هذه الطريقة.

(3) أولاً، يتم ترسيب Fe2+ وFe3+ في محلول قلوي لتكوين أكسيد الحديد الفائق المغناطيسية، ثم يتم طلائه بالسيلان لتكوين كرات مجهرية. يمكن تشتيت الكرات المجهرية المغناطيسية السيلانية المحضرة في وسائط مائية دون ترسيب سريع، ويمكن استعادتها بسهولة باستخدام مجال مغناطيسي.

• من خلال دمج المغنتيت نفسه كجزء من نظام الأكسدة والاختزال، يمكن للبوليمرات أن تغلف المغنتيت بالكامل. تبدأ البوليمرات بواسطة أيونات الحديد التي تنتشر من جزيئات المغنتيت وتصبح جذورًا حرة من خلال اختزال فوق الكبريتات. يمكن تحضير كرات مغناطيسية مجهرية هلامية محمولة بالماء تحتوي على راتينج أكريليك بهذه الطريقة.

  

3. التحضير وخصائص ومبادئ عمل المناعةالكرات المغناطيسية الدقيقة

(1) تحضير الكريات المجهرية المناعية المغناطيسية

الكرات الدقيقة المغناطيسية المناعية (IMMS)، والمعروفة أيضًا باسم الخرز المغناطيسي المناعي (IMB)، هي كرات دقيقة مغناطيسية تحتوي على أجسام مضادة وحيدة النسيلة مرتبطة بسطحها. ونظرًا للحاجة إلى ربط الأجسام المضادة المناسبة بسطح الكرات الدقيقة المغناطيسية، فمن المطلوب أن تكون الكرات الدقيقة المغناطيسية المستخدمة قادرة على الارتباط بالأجسام المضادة وحيدة النسيلة من خلال جيناتها الكيميائية السطحية أو أن يكون لديها قوة امتصاص سطحية قوية للارتباط بقوة بالأجسام المضادة وحيدة النسيلة. تتمتع الكرات الدقيقة المصنوعة من البوليسترين المترابط بقوة عالية ويمكن تعديلها كيميائيًا بسهولة على السطح، مما يجعلها مادة هيكلية مثالية لإعداد الكرات الدقيقة المغناطيسية المناعية.

هناك نوعان من الارتباط بين الكريات الدقيقة والأجسام المضادة: الارتباط بالامتزاز والارتباط التساهمي. يعتمد الارتباط بالامتزاز على قوة الامتزاز غير النوعية لسطح الكرية الدقيقة على الجسم المضاد، بينما يعتمد الارتباط التساهمي على التفاعل التساهمي بين المجموعات النشطة على سطح الكرية الدقيقة والجسم المضاد. لا يكون الارتباط بالامتزاز قويًا نسبيًا إلا عندما تكون مساحة سطح الكريات الدقيقة كبيرة جدًا. لذلك، بالنسبة للكرات الدقيقة ذات السطح المسطح نسبيًا، تُعد معالجة السطح ضرورية لتحسين قوة ارتباطها بالأجسام المضادة، وذلك لضمان احتواء سطح IMMS على أجسام مضادة كافية.

بعد معالجة السطح، تُزرع الكريات الدقيقة المغناطيسية مع أجسام مضادة وحيدة النسيلة في محلول منظم مناسب. ترتبط الأجسام المضادة بسرعة بالكرات الدقيقة المغناطيسية من خلال الامتزاز الفيزيائي. إذا وُجدت مجموعات نشطة على سطح الكرات الدقيقة، فإنها ترتبط تساهميًا بسطح الكرات الدقيقة المغناطيسية من خلال تفاعلات كيميائية أبطأ.

(2) أداء ومبدأ عمل الكرات المجهرية المناعية المغناطيسية

تُستخدم الكريات الدقيقة المغناطيسية المناعية بشكل أساسي في فصل الخلايا وتطبيقات أخرى. ونظرًا لقدرتها على الارتباط بشكل خاص بالمادة المستهدفة وجعلها تستجيب للمغناطيس، فقد تمت زراعة الكريات الدقيقة المغناطيسية الحرة مع خليط معقد يحتوي على المادة المستهدفة (المادة المراد فصلها). يمكن للكرات الدقيقة المناعية الارتباط بشكل انتقائي بالمواد المستهدفة من خلال تفاعلات الأجسام المضادة للمستضد. وعندما يمر هذا المركب عبر جهاز المجال المغناطيسي، سيتم الاحتفاظ بالمادة المستهدفة المرتبطة بالكرات الدقيقة المغناطيسية المناعية بواسطة المجال المغناطيسي وفصلها عن المواد المعقدة الأخرى.

تتمتع الكرات الدقيقة المغناطيسية المناعية المستخدمة لفصل الخلايا بالشروط التالية: خصائص كيميائية مستقرة وعدم وجود تجمع؛ عدم الارتباط غير المحدد بالخلايا؛ الارتباط بين الكرات الدقيقة المغناطيسية والأجسام المضادة قوي؛ حجم الكرات الدقيقة المغناطيسية موحد، والاستجابة المغناطيسية جيدة، ومحتوى المواد النانوية المغناطيسية موحد ومتسق؛ الكرات الدقيقة المغناطيسية ذات حجم مناسب ولا تبتلعها الخلايا بسهولة.

يمكن تحقيق ارتباط الأجسام المضادة IMM بالخلايا من خلال طريقتين: مباشرة وغير مباشرة. تشير الطريقة المباشرة إلى ربط الأجسام المضادة بشكل متسلسل بالكرات الدقيقة المغناطيسية ثم الارتباط بالخلايا المستهدفة. تشير الطريقة غير المباشرة إلى خلط الخلايا أولاً بأجسام مضادة محددة للزراعة، مما يسمح للأجسام المضادة المحددة بالارتباط بسطح الخلية، ثم إضافة الكرات الدقيقة المغناطيسية المعالجة مسبقًا بمضاد IgG للفأر (الأجسام المضادة الثانوية). ترتبط الكرات الدقيقة المغناطيسية بشكل غير مباشر بالخلايا المستهدفة. يمكن للطريقة المباشرة تقليل خطوات الغسيل والزراعة، ولكن نادرًا ما تستخدم للأجسام المضادة وحيدة النسيلة IgM. بالمقارنة مع الطريقة المباشرة، فإن الطريقة غير المباشرة،

بالإضافة إلى النطاق المناسب، يمكن أيضًا استخدام مجموعة من الأجسام المضادة وحيدة النسيلة لتحقيق تأثيرات أفضل في تصفية الخلايا. ولكن بعد خطوات الغسيل المتعددة، ستنخفض أيضًا الخصوصية.

أتاح تطوير الأجسام المضادة وحيدة النسيلة التي تستهدف الخلايا الوحيدة عزل الخلايا ذات العلامات السطحية المحددة. هناك ثلاث طرق مختلفة، وهي تقنية قياس التدفق الخلوي (PACS)، وتقنية أكاليل خلايا الدم الحمراء الخيفية مع الأجسام المضادة الثانوية المرتبطة بالسطح، وتقنية الالتصاق التي تمتص الأجسام المضادة بشكل سلبي على ألواح نسيج البوليسترين. لكل من هذه التقنيات عيوبها.

إن تقنية FACS مكلفة ومعقدة من الناحية الفنية، وغالبًا ما تعاني من مشكلات مثل سعة الخلايا المصنفة ونشاطها وعقمها؛ لا تستطيع تقنية إكليل خلايا الدم الحمراء التعامل مع عدد كبير من الخلايا، ولا توجد حاليًا طريقة ناضجة ومريحة لربط الأجسام المضادة بغشاء خلايا الدم الحمراء؛ كما أن تقنية Panning لها العديد من القيود، مثل صعوبة التوسع، والخطوات المرهقة، وعدم القدرة على تحديد الكمية، وغالبًا ما يتم خلط الخلايا المستهدفة مع الأجسام المضادة غير المحددة الممتصة على خلايا أخرى في الجزء السفلي من طبق الثقافة.

من الناحية النسبية، تتمتع الكرات المجهرية المناعية المغناطيسية بمزايا التشغيل السهل، والفصل السريع والكامل، ونقاء الخلايا العالي، وخاصة من حيث سهولة التشغيل وتوفير الوقت، والتي يصعب مقارنتها بطرق الفصل الأخرى.