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《用磁性纳米粒子作为基因载体进行基因修饰的花粉磁化》

  • 来源专题：纳米科技
  • 编译者： 郭文姣
  • 发布时间：2017-12-11

  • 遗传修饰在培育具有优良性状的新作物方面起着至关重要的作用。目前，几乎所有的基因改造方法都需要从组织培养中再生，涉及复杂、长期和艰苦的过程。特别是，许多农作物，例如棉花，很难再生。本文报道了一种新的转化平台技术——花粉磁流变，直接产生转基因种子而不再生。在这个系统中，用磁性纳米颗粒加载的外源DNA在磁场的存在下被传递到花粉中。通过对花粉进行传粉，转基因植株成功地从转化的种子中生成。外源性DNA成功地整合到基因组中，有效地表达并遗传给后代。我们的系统是无文化和基因型独立的。此外，它简单、快速、具有多基因改造的能力。我们设想花粉磁化可以改变几乎所有的作物，极大地促进了新品种转基因作物的育种。

    ——文章发布于2017年11月27日

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  • 《纳米工具箱生产新型多功能磁性纳米颗粒》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2020-04-07
    • 利用磁性细菌，创新的生物材料很快就能制造出来。德克·舒勒博士教授为首的一批大学的微生物学家拜罗伊特创造了一个新的、模块化系统基因重组细菌,因此这些病原体转化为细胞工厂多功能磁nanoparticles-nanoparticles集成众多有用的属性和功能。 这些纳米粒子具有良好的生物相容性和优异的磁性，是生物技术和生物医学领域的潜在新材料。研究人员在《小型期刊》上描述了他们的发现。 从磁小体到多功能纳米颗粒 磁性细菌属于磁旋螺属，它们的游动行为与地球磁场一致。细胞内的磁性纳米颗粒被称为磁小体，它们以链状的方式排列，从而形成了细胞内的罗盘针。 每个磁小体包括一个磁性氧化铁核，它被一层膜包裹着。除了脂质外，这种膜还包括一系列不同的蛋白质。在拜罗伊特大学(University of Bayreuth)，微生物学家们有效地将具有生化活性的官能团与这些蛋白质结合起来。这些官能团来自不同的外来生物。 本研究中使用的技术始于涉及膜蛋白生物合成的细菌基因阶段。这些细菌基因与来自其他生物体的外源基因相连，这些外源基因调控各自功能蛋白的合成。 一旦这些基因被重新整合到基因组中，被重新编程的细菌就会产生磁小体来展示这些外来蛋白质。这些细菌被永久地固定在粒子的表面。 在分析中，膜蛋白与四个不同的功能基团(即外源蛋白)结合。这些官能团包括葡萄糖氧化酶，一种由霉菌产生的酶，它已经在生物技术上被使用，例如在糖尿病中作为“糖传感器”。 此外，一种由大肠杆菌产生的染料生成酶(其活性可以很容易地量化)和一种来自水母的绿色荧光蛋白被装载到磁小体的表面。来自lama(羊驼)的抗体片段代表第四官能团，它被用作多用途连接器。因此，这些细菌的基因编码具有所有这些特征，包括极好的磁小体磁化。 利用这一遗传策略，我们对细菌进行重新编程，使其产生磁小体，当受到紫外线照射时，磁小体会发出绿光，同时显示出新的生物催化功能。各种生化功能可以精确地安装在其表面。因此，活细菌的磁小体被转化成具有迷人功能和特性的多功能纳米颗粒。 德克·舒勒博士，贝罗伊特大学微生物系研究带头人和教授 舒勒博士继续说:“此外，当这些粒子从细菌中分离出来时，它们仍然保持着完整的功能——利用它们固有的磁性可以很容易地做到这一点。” 一个应用于生物医学和生物技术的基因工具箱 磁性小体的功能化当然不局限于拜罗伊特大学的微生物学家团队粘附在粒子表面的功能基团。相反，这些蛋白质可以毫不费力地被其他功能取代，从而提供了一个非常多用途的平台。 因此，基因重组为广谱工程磁小体表面铺平了道路。它为“遗传工具箱”提供了基础，帮助创建定制的磁性纳米颗粒，吸收不同的有用特性和功能。所有这些粒子的大小都在3-5纳米。 我们的基因工程方法是高度选择性和精确的，相比之下，例如，化学耦合技术没有那么有效和缺乏这种高度的控制。 Frank Mickoleit博士，研究第一作者和微生物学家，拜罗伊特大学 Mickoleit博士指出了这种新型生物材料的一个决定性的好处，“以前的研究表明，磁性纳米颗粒可能不会对细胞培养造成伤害。良好的生物相容性是粒子在生物医学中未来应用的重要前提，例如在磁成像技术中作为对比剂或在诊断中作为磁传感器。” “例如，在未来，类似的粒子可能有助于检测和摧毁肿瘤细胞。生物反应器系统是另一个应用领域。装备有微小催化剂的磁性纳米颗粒将非常适合这一目的，并使复杂的生化过程成为可能，”Mickoleit博士补充说。 对于在表面上显示不同官能团的纳米粒子具有巨大的应用潜力，特别是在生物技术和生物医学领域。 磁性细菌现在可以作为多功能纳米工具箱的平台，激发合成生物学领域的科学创造力。 它将启动进一步有趣的研究方法。 Clarissa Lanzloth B.Sc.，拜罗伊特大学微生物学家 Lanzloth在她在拜罗伊特大学的“生物化学和分子生物学”硕士学位论文的结稿中也参与了最新研究。
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  • 《纳米粒子进行了极好的磁性航行》
    • 来源专题：生物安全网络监测与评估
    • 编译者：yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间：2019-05-06
    • 工程师设计的微型机器人可以帮助药物输送纳米粒子从血液中流出并进入肿瘤或其他疾病部位。磁性微型机器人可以帮助克服使用纳米粒子输送药物的最大障碍之一：使它们离开血管并积聚在正确的位置。 麻省理工学院的工程师设计了微型机器人，可以帮助药物输送纳米粒子从血液中流出，进入肿瘤或其他疾病部位。就像“Fantastic Voyage”中的工艺品 - 一部20世纪60年代的科幻电影，其中潜艇工作人员缩小尺寸并漫游身体以修复受损细胞 - 机器人在血液中游动，产生的电流随着它们一起拖动纳米粒子。 受细菌推进启发的磁性微型机器人可以帮助克服使用纳米粒子输送药物的最大障碍之一：让粒子离开血管并在正确的位置积聚。 “当你将纳米材料放入血液中并将其靶向患病组织时，这种有效载荷进入组织的最大障碍是血管内壁，”Sangeeta Bhatia说，他是John和Dorothy Wilson健康科学教授，技术与电子工程与计算机科学，麻省理工学院科赫综合癌症研究所及其医学工程与科学研究所的成员，该研究的高级作者。 “我们的想法是看看你是否可以使用磁力来产生推动纳米粒子进入组织的流体力，”麻省理工学院前博士后文章的主要作者，出现在4月26日的科学进展中的Simone Schuerle补充说。 在同一项研究中，研究人员还表明，他们可以使用天然磁性的活细菌群来达到类似的效果。研究人员说，这些方法中的每一种都适用于不同类型的药物输送。 小机器人 Schuerle现在是瑞士联邦理工学院（苏黎世联邦理工学院）的助理教授，他首先在苏黎世联邦理工学院的Brad Nelson的多尺度机器人实验室担任研究生，开始研究微型磁性机器人。 2014年，当她作为博士后来到Bhatia的实验室时，她开始研究这种机器人是否有助于提高纳米粒子的药物输送效率。 在大多数情况下，研究人员将他们的纳米粒子靶向被“渗漏”血管（如肿瘤）包围的疾病部位。这使得颗粒更容易进入组织，但是递送过程仍然不如它需要的那样有效。 麻省理工学院的团队决定探索磁力机器人产生的力是否可以提供更好的方法将粒子推出血液并进入目标部位。 Schuerle在本研究中使用的机器人长度为35百分之一，大小与单个电池相似，并且可以通过施加外部磁场来控制。这种生物启发的机器人，研究人员称之为“人造细菌鞭毛”，由一种微小的螺旋组成，类似于许多细菌用来推动自身的鞭毛。这些机器人使用高分辨率3-D打印机进行3D打印，然后涂上镍，这使得它们具有磁性。 为了测试单个机器人控制附近纳米粒子的能力，研究人员创造了一种模拟肿瘤周围血管的微流体系统。它们系统中的通道，宽度在50到200微米之间，内衬有凝胶，该凝胶具有孔以模拟肿瘤附近看到的破裂血管。 研究人员使用外部磁铁向机器人施加磁场，使螺旋旋转并在通道中游动。由于流体以相反的方向流过通道，机器人保持静止并产生对流电流，将200纳米聚苯乙烯颗粒推入模型组织。这些颗粒在没有磁性机器人的帮助下被输送到组织中的深度是纳米颗粒的两倍。 这种类型的系统可以潜在地结合到支架中，支架是静止的并且易于通过外部施加的磁场来瞄准。 Bhatia说，这种方法可用于提供药物以帮助减少支架部位的炎症。 细菌群 研究人员还开发了这种方法的一种变体，它依赖于成群的天然趋磁细菌而不是微型机器人。 Bhatia之前已开发出可用于传递抗癌药物和诊断癌症的细菌，利用细菌在疾病部位积聚的自然倾向。 在这项研究中，研究人员使用了一种名为Magnetospirillum magneticum的细菌，它可以自然地产生氧化铁链。这些被称为磁小体的磁性粒子帮助细菌定位自己并找到它们的首选环境。 研究人员发现，当他们将这些细菌放入微流体系统并在某些方向上施加旋转磁场时，细菌开始同步旋转并沿同一方向移动，拉动附近的任何纳米粒子。在这种情况下，研究人员发现纳米粒子被推入模型组织的速度比没有任何磁力辅助的纳米粒子快三倍。 这种细菌方法可以更好地适用于肿瘤等情况下的药物输送，其中在不需要视觉反馈的情况下从外部控制的群体可以在整个肿瘤的血管中产生流体力。 研究人员在这项研究中使用的颗粒大到足以携带大量有效载荷，包括CRISPR基因组编辑系统所需的成分，Bhatia说。她现在计划与Schuerle合作，进一步开发这两种用于动物模型测试的磁性方法。 该研究由瑞士国家科学基金会，Branco Weiss奖学金，国立卫生研究院，国家科学基金会和霍华德休斯医学研究所资助。 ——文章发布于2019年4月26日
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