Biomagnetic Research and Technology, 2007; 5: 1-1 (más artículos en esta revista)

Caracterización magnetica de las nanopartículas superparamagnéticas tirado a través de membranas modelo

BioMed Central
Allison L Barnes (allison-barnes@ouhsc.edu) [1], Ronald A Wassel (drewwassel@gmail.com) [2], Fadee Mondalek (fadee-mondalek@ouhsc.edu) [3], Kejian Chen (chenkx @ Integris-health.com) [2], Kenneth J Dormer (kenneth-dormer@ouhsc.edu) [1], Richard D Kopke (rkopke@houghearinstitute.com) [2]
[1] Departamento de Fisiología, Facultad de Medicina de la Universidad de Oklahoma Centro de Ciencias de la Salud, 940 jóvenes SL Blvd., Oklahoma City, OK 73104-0505, EE.UU.
[2] Street, Oklahoma City, OK 73112, EE.UU.
[3] Facultad de Química, Biológica y Materiales de Ingeniería, Universidad de Oklahoma 100 East Boyd CE, Norman, OK 73019, EE.UU.

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Resumen
Fondo

Para comparar cuantitativamente in vitro e in vivo de transporte de membrana estudios de la ejecución selectiva, se necesita la caracterización de la magnéticamente inducida por la movilidad de superparamagnéticas nanopartículas de óxido de hierro (SPION). Densidades de flujo, gradientes, y propiedades de nanopartículas se mide con el fin de cuantificar la fuerza magnética en la SPION en tanto artificial coclear ventana redonda de membrana (RWM) y el modelo de conejillo de RWM.

Métodos

Tridimensionales se crearon mapas de densidad de flujo magnético y gradiente producido por un 24 y carcasa de 4,1 kilo-Gauss de neodimio-hierro-boro (NdFeB) disco imanes. La cubierta se ha utilizado para tirar SPION a través de un período de tres capas de células cultura RWM modelo. Mapas similares fueron creadas por un 4 pulgadas (10,16 cm) cubo 48 MGOe NdFeB imán utilizado para tirar de nanopartículas poliméricas a través de la RWM anestesiados de conejillos de indias. Otros parámetros necesarios para calcular la fuerza magnética de nanopartículas de polímeros y propiedades, entre ellas Radio media, densidad, susceptibilidad magnética, y la fracción en volumen de magnetita.

Resultados

Un mínimo de la fuerza de 5,04 × 10 -16 N se determinó de manera adecuada a tirar de las nanopartículas a través de la in vitro modelo. Por el conejillo de RWM, la fuerza magnética en el nanopartículas poliméricas fue 9,69 × 10 -20 N. Microscopía electrónica confirmó el movimiento de las partículas a través de ambos modelos RWM.

Conclusión

Como posibles portadores de sustancias terapéuticas, superparamagnéticas polímeros que contienen nanopartículas de óxido de hierro se tiró con éxito a través de la presentación en vivo RWM. La fuerza necesaria para lograr el transporte en vivo fue significativamente menor que la necesaria para tirar de las nanopartículas a través de la in vitro RWM modelo. De hecho muy poca fuerza se necesita para lograr medir la entrega de polímeros-compuestos SPION nanopartículas a través de la RWM, lo que sugiere que terapéutico entrega al oído interno de SPION es factible.

Fondo

El uso de superparamagnéticas nanopartículas de óxido de hierro (SPION) para la entrega de moléculas terapéuticas tiene potencial aplicaciones clínicas, ya que podría proporcionar importante mejora con respecto a las técnicas actuales para la entrega de drogas y transfección de genes. Las nanopartículas terapéuticas llevar cargas útiles podrían ir dirigidas a un determinado sitio, a través de la dirección en la aceleración de un campo magnético externo. Este campo se tire de la SPION a la meta de órganos o tejidos, donde los vehículos biodegradable posteriormente se descomponen, liberando la droga, los plásmidos de ADN o moléculas bioactivas en los tejidos circundantes. Una de las ventajas que la ejecución selectiva tendría más sistémica de entrega está marcada reducción de efectos secundarios adversos, que a menudo se reduce el cumplimiento del paciente. Otro resultado de la ejecución selectiva es que dosis más pequeñas (y costo) es necesario para alcanzar el mismo, o incluso mejorado, resultado. Otros se encuentran en un modelo de rata que las nanopartículas magnéticas con indometacina de 60 veces más altos que las concentraciones y redujo considerablemente la concentración de drogas en que no son objeto de órganos [1]. Por otra parte, las nanopartículas magnéticamente sensibles, controlados por un campo magnético externo, tienen la capacidad para alcanzar los tejidos diana que son de difícil acceso, tales como el oído interno. Aunque estos beneficios son atractivos, se ha avanzado poco hacia el objetivo de utilizar SPION como en vivo-los transportistas de cargas útiles terapéuticos.

SPION actualmente se utilizan para la separación de células [2], citometría de flujo, inmunoensayos [3], celulares y etiquetado. Una corriente en vivo de aplicación de etiquetado celular fue hecha por derivatizing las nanopartículas con un VIH-TAT (Trans-Activar Transducción) péptido para promover la internalización celular [4]. El VIH-TAT estudio no sólo demuestra la ausencia de efectos citotóxicos o interferencia con la función de la célula, pero también se aprovecharon de la propiedad de SPION como el aumento de agentes de contraste para resonancia magnética (MRI). Esto puede resultar valiosa para ambas aplicaciones clínicas y futuro de ferrita nanopartículas de investigación como un método de cuantificación de imágenes. Además, la utilización de las células TAT penetrante péptidos puede ser importante para la ejecución selectiva de genes y transfección de células que no son divisorias.

Un reciente estudio ha puesto de manifiesto por primera vez en un mamífero, que adenoviral transfección con las matemáticas-1 gen puede ser usado para regenerar oído interno células ciliadas y restablecer la audiencia [5]. MATEMÁTICAS-1 de expresión dentro de las células de apoyo a lo largo del Órgano de Corti en la cóclea deafened, transformado no estas células sensoriales funcionales en células ciliadas, y la mejora de los umbrales de audición. No obstante, las limitaciones de seguridad de adenovirus utilizados para la terapia génica es probable que disuadir el uso de este vector en las aplicaciones clínicas. Por lo tanto, no vector viral está siendo tratado y los estudios preliminares están en marcha para incorporar MATH-1 plásmido de ADN en un polímero biocompatible-SPION magnéticos para la ejecución selectiva de la cóclea [6]. Esta técnica podría superar la respuesta inmune complicaciones y los riesgos de mutación que están involucrados en transfección viral [7]. Biodegradables poli lactide-co-ácido glicólico (PLGA) polímeros son atractivos como los transportistas, debido a su hydrophilicity, biocompatibilidad, la promoción de la membrana celular y endocitosis relativa facilidad de derivitization con grupos funcionales adjunta en el interior o fuera del polímero [8]. Programada la degradación del polímero podría dar lugar a información oportuna, cuantitativa entrega de un medicamento, plásmido o de otro tipo de moléculas bioactivas.

Informática magnéticamente inducida por la movilidad de SPION utilizados como portadores terapéuticas es importante para sus aplicaciones clínicas. Cálculos de la fuerza Magnéticos ayuda en la determinación del número mínimo de campo magnético y la formulación de materiales, tanto para la tecnología y reducir los costos de los fármacos, y garantizar la seguridad del paciente. Fuerza de caracterización es también un paso hacia la determinación de la velocidad de las partículas a través de los tejidos, lo cual es vital para el desarrollo de regímenes de dosificación. Las ecuaciones de estas dos cantidades son [9]:

F m = H d H d y χ f m V ( 1 ) F o r c e MathType MTEF @ @ @ 5 + 5 = @ feaafiart1ev1aaatCvAUfKttLearuWrP9MDH5MBPbIqV92AaeXatLxBI9gBaebbnrfifHhDYfgasaacH8akY = wiFfYdH8Gipec8Eeeu0xXdbba9frFj0 = OqFfea0dXdd9vqai = hGuQ8kuc9pgc9s8qqaq = dirpe0xb9q8qiLsFr0 = vr0 = vr0dc8meaabaqaciaacaGaaeqabaqabeGadaaakeaacqWGgbGrdaWgaaWcbaGaemyBa0gabeaakiabg2da9iabdIeainaalaaabaGaemizaqMaemisaGeabaGaemizaqMaemyEaKhaaGGaciab = D8aJjabdAgaMnaaBaaaleaacqWGTbqBaeqaaOGaemOvayLaaCzcaiaaxMaadaqadaqaaiabigdaXaGaayjkaiaawMcaaiabbccaGGqabiab + zeagjab +9 gaVjab + jhaYjab + ngaJjab + vgaLbaa @ @ 47A0

v = 2 r 2 f m χ μ 0 H d H d y 9 η ( 2 ) V e l o c i t y MathType MTEF @ @ @ 5 + 5 = @ feaafiart1ev1aaatCvAUfKttLearuWrP9MDH5MBPbIqV92AaeXatLxBI9gBaebbnrfifHhDYfgasaacH8akY = wiFfYdH8Gipec8Eeeu0xXdbba9frFj0 = OqFfea0dXdd9vqai = hGuQ8kuc9pgc9s8qqaq = dirpe0xb9q8qiLsFr0 = vr0 = vr0dc8meaabaqaciaacaGaaeqabaqabeGadaaakeaacqWG2bGDcqGH9aqpdaWcaaqaaiabikdaYiabdkhaYnaaCaaaleqabaGaeGOmaidaaOGaemOzay2aaSbaaSqaaiabd2gaTbqabaacciGccqWFhpWycqWF8oqBdaWgaaWcbaGaeGimaadabeaakiabdIeainaalaaabaGaemizaqMaemisaGeabaGaemizaqMaemyEaKhaaaqaaiabiMda5iab = D7aObaacaWLjaGaaCzcamaabmaabaGaeGOmaidacaGLOaGaayzkaaacbeGae4hiaaIae4NvayLae4xzauMae4hBaWMae43Ba8Mae43yamMae4xAaKMae4hDaqNae4xEaKhaaa @ @ 5291

Por lo tanto, la fuerza magnética F m desde el exterior o permanente electroimán que se utilizarían para tirar SPION hacia su cara polo depende de la intensidad de campo y gradiente de H DH / dy producido por el imán. Esta ecuación puede ser reescrita en términos de densidad de flujo B y simplificada si se está utilizando el sistema CGS la unidad, en la que el espacio libre permeabilidad μ 0 es la unidad y la B, donde se da a Gauss y dB / dy se encuentra en Gauss / cm.

F m = B d B d y χ f m V ( 3 ) F o r c e MathType MTEF @ @ @ 5 + 5 = @ feaafiart1ev1aaatCvAUfKttLearuWrP9MDH5MBPbIqV92AaeXatLxBI9gBaebbnrfifHhDYfgasaacH8akY = wiFfYdH8Gipec8Eeeu0xXdbba9frFj0 = OqFfea0dXdd9vqai = hGuQ8kuc9pgc9s8qqaq = dirpe0xb9q8qiLsFr0 = vr0 = vr0dc8meaabaqaciaacaGaaeqabaqabeGadaaakeaacqWGgbGrdaWgaaWcbaGaemyBa0gabeaakiabg2da9iabdkeacnaalaaabaGaemizaqMaemOqaieabaGaemizaqMaemyEaKhaaGGaciab = D8aJjabdAgaMnaaBaaaleaacqWGTbqBaeqaaOGaemOvayLaaCzcaiaaxMaadaqadaqaaiabiodaZaGaayjkaiaawMcaaiabbccaGGqabiab + zeagjab +9 gaVjab + jhaYjab + ngaJjab + vgaLbaa @ @ 478C

El resto de factores son todas las propiedades de la SPION, que son la susceptibilidad magnética χ (UEM por Oe cm 3), la fracción en volumen de magnetita f m (sin dimensiones), y el volumen global de partículas V (cm 3). La ecuación de velocidad tiene en cuenta la fuerza de arrastre experimentada por la partícula en movimiento a través de un fondo de la viscosidad en función de η Stokes' teorema. Esto implica la determinación de las partículas de radio r. La ecuación de velocidad puede ser simplificado aún más a una función de M y m la viscosidad:

v = F m 6 π r η ( 4 ) V e l o c i t y MathType MTEF @ @ @ 5 + 5 = @ feaafiart1ev1aaatCvAUfKttLearuWrP9MDH5MBPbIqV92AaeXatLxBI9gBaebbnrfifHhDYfgasaacH8akY = wiFfYdH8Gipec8Eeeu0xXdbba9frFj0 = OqFfea0dXdd9vqai = hGuQ8kuc9pgc9s8qqaq = dirpe0xb9q8qiLsFr0 = vr0 = vr0dc8meaabaqaciaacaGaaeqabaqabeGadaaakeaacqWG2bGDcqGH9aqpdaWcaaqaaiabdAeagnaaBaaaleaacqWGTbqBaeqaaaGcbaGaeGOnaydcciGae8hWdaNaemOCaiNae83TdGgaaiaaxMaacaWLjaWaaeWaaeaacqaI0aanaiaawIcacaGLPaaacqqGGaaiieqacqGFwbGvcqGFLbqzcqGFSbaBcqGFVbWBcqGFJbWycqGFPbqAcqGF0baDcqGF5bqEaaa @ @ 4709

Métodos
RWM experimentos

La movilidad de SPION fue calculado y comparado en dos diferentes estudios fisiológicos, que participan magnéticamente acelerar las partículas a través de dos ventanas redondas de membrana (RWM) modelos. El primer estudio utilizó datos de un RWM modelo de Madin-Darby Canine Kidney (MDCK) cells. Estas células fueron cultivadas en pequeñas intestinal submucosa (SIS) de membrana instalado en la placa de cultivo celular inserciones [8]. Un tripartito de cultivo celular membrana que consta de un superior MDCK capa de células epiteliales, medio SWISS 3T3 capa de fibroblastos, y una tercera capa de células MDCK. Construcción emular las tres capas del ser humano RWM: epitelio exterior, suelto del tejido conectivo y epitelio interior. Una solución de 10 nm de diámetro con revestimiento de dextrano-nanopartículas de magnetita (Micromod GmbH nanomag ®-D, Alemania), que figura 50-130 nm agregados. Estos SPION se colocaron en la capa superior de la cultura, cada uno en su titular, en cada una de las 24 y la cultura plato. La cultura plato se coloca sobre una carcasa de plástico que contienen 24 individuales 1 / 4 "(0,635 cm) 4,1 kilo-Gauss de neodimio-hierro-boro (NdFeB) disco imanes (MagStar Technologies ™, Culver City, CA). Los imanes se coloca centralmente a la parte inferior de la placa de pozos de cultura, lo que resulta en un alcance operativo de alrededor de 0,4 cm de la capa inferior de células a cada polo magnético de la cara. Después de una hora de exposición a los gradientes magnéticos, el fluido por debajo de los insertos fue examinado por el microscopio electrónico de transmisión (TEM, Hitachi H7600) y probada para contener SPION.

El segundo estudio se realizó en el RWM anestesiados en conejillos de indias. La magnetita se SPION precubiertos con ácido oleico y encapsulados en PLGA co-polímero. El ácido oleico actúa como un surfactante para prevenir la aglomeración de las partículas de magnetita y también disminuye la probabilidad de Fe 3 O 4 de oxidación. El polímero celular ofrece la compatibilidad y la capacidad de carga útil. A personalizada 4 de pulgada (10,16 cm) 48 MGOe NdFeB cubo imán (Magnetics ™ integrada, Culver City, CA) se utilizó en este estudio. Un efecto Hall gaussmeter utilizados para las mediciones (Modelo 5080, Sypris, Orlando, FL).

Una incisión se hizo detrás de la pinna de la cobaya y hueso fue removido para exponer la cavidad del oído medio. La RWM nicho se visualizan en virtud de un microscopio de funcionamiento y 3 μ l de 10 12 partículas por ml de solución de los SPION de polímeros compuestos fueron colocados en el nicho mediante una microjeringa. La cabeza del animal fue colocado entonces en el imán, por lo que el oído opuesto al oído RWM experimental fue alineado con el centro del imán. Esto hizo que el operativo de 1 pulgada (2,54 cm) de la RWM experimental a la cara polo del imán. Una lámpara de calor se utiliza para mantener calientes los animales durante la colocación en el imán. Al cabo de 20 minutos el tiempo de exposición, el cuy fue retirado de la imán. La solución de polímero-SPION restantes en el nicho se fuera malvado, y solución fresca se añadió. Después de otros 20 minutos de exposición al imán, el proceso se repitió por tercera y última vez. El resto de solución fue de nuevo malvado antes de un pequeño agujero se hizo en la base de la cóclea con una jeringa para extraer el líquido coclear perilymphatic.

Un experimento de control se realizó en el oído contrario, en el que todos protocolo sigue siendo la misma, salvo imán no se utilizó. El cuy simplemente permaneció en el RWM quirúrgico para la posición 3 × 20 minutos de exposición. Perilymphatic fluidos de la experimentación y control de estudios atmosféricos en microsyringes limpiar, lavar tres veces, TEM y una muestra fue tomada de la parte inferior, donde el imán se ha utilizado para concentrar los SPION polímero. TEM análisis demostró la presencia de SPION nanopartículas de polímeros en la perilinfa para n = 2 ensayos (Figura 1]. No SPION nanopartículas se encontraron con TEM para el control de experimentos.

El éxito de ambos estudios demuestran dos condiciones en las que suficientes fuerzas producidas por diferentes imanes permanentes para tirar SPION tanto a través de una solución viable RWM modelo de cultivo celular y SPION-PLGA en vivo a través de un RWM. El siguiente paso es cuantificar la fuerza magnética que estuvo presente durante la ejecución selectiva estos experimentos.

Parámetros del campo magnético

El efecto Hall gaussmeter se utilizó para medir la densidad de flujo sobre la superficie de ambos imanes. Para lograr esto, 1 / 4 de pulgada (0,635 cm) de la cuadrícula de papel fue grabado durante los imanes, y el axial gaussmeter sonda se coloca mediante un tubo de ensayo titular a diferentes alturas por encima del imán de superficie. Estas alturas fueron seleccionados para ser centrado en el alcance operativo del imán, para ayudar con el cálculo de gradiente. Para el 24 y carcasa de disco imanes, las lecturas fueron tomadas en la superficie (0 cm), 0,4 cm y 0,8 cm. Para el cubo imán, las alturas eran 0,5 pulgadas (1,27 cm), 1 pulgada (2,54 cm), y 1,5 pulgadas (3,81 cm).

Las mediciones fueron tomadas en cada punto de la cuadrícula de papel para crear una matriz de puntos de datos. Para el 24 embalar bien, las lecturas fueron tomadas sólo por una plaza en torno a los cuatro imanes central. Para el bloque más grande imán, las mediciones fueron tomadas en cualquier otro punto de la red. Estos datos se trazan utilizando software de gráficos (MatLab ® 6.5) para crear un tridimensional de densidad de flujo de ruta. Software de hoja de cálculo (Excel ® 2003) se utilizó para encajar un Trendline través de los valores de densidad de flujo para las tres distancias en que se realizaron las mediciones. La pendiente de esta línea siempre que el gradiente de densidad de flujo para que el punto en la red. Esto se repitió para cada punto de datos, produciendo una matriz de gradientes de densidad de flujo que podría también representar a MatLab. Un parámetro más descriptivo es el producto de la densidad de flujo y gradiente en cada punto, que es, según Eq. (3), un índice de la fuerza magnética. Diagramas de la fuerza de estos datos del índice de mostrar el punto en el imán con la mayor atracción en el SPION o SPION partículas de PLGA-.

Tamaño de las partículas, la susceptibilidad, magnetita y contenido

El nanomag ®-D SPION tenido un tipo promedio de radio de 42 ± 16 nm y una densidad de 2,5 g / cm 3. Susceptibilidad se obtuvieron las curvas para obtener la magnetización en la UEM s / g en un campo magnético. Esto se relaciona con la susceptibilidad a través de la siguiente ecuación

χ = s H ρ ( 5 ) S u s c e p t i b i l i t y , MathType MTEF @ @ @ 5 + 5 = @ feaafiart1ev1aaatCvAUfKttLearuWrP9MDH5MBPbIqV92AaeXatLxBI9gBaebbnrfifHhDYfgasaacH8akY = wiFfYdH8Gipec8Eeeu0xXdbba9frFj0 = OqFfea0dXdd9vqai = hGuQ8kuc9pgc9s8qqaq = dirpe0xb9q8qiLsFr0 = vr0 = vr0dc8meaabaqaciaacaGaaeqabaqabeGadaaakeaaiiGacqWFhpWycqGH9aqpdaWcaaqaaiabdohaZbqaaiabdIeaibaacqWFbpGCcaWLjaGaaCzcamaabmaabaGaeGynaudacaGLOaGaayzkaaGaeeiiaaccbeGae43uamLae4xDauNae43CamNae43yamMae4xzauMae4hCaaNae4hDaqNae4xAaKMae4NyaiMae4xAaKMae4hBaWMae4xAaKMae4hDaqNae4xEaKNae4hlaWcaaa @ @ 4C27

donde ρ es la densidad de partículas. La magnetita contenido de estas partículas se dio como una fracción de peso del 82%, y fue fácil convertir a un volumen utilizando la fracción de partículas de densidad.

El PLGA-SPION nanopartículas compuesto utilizado en el segundo estudio fue sintetizada, por tanto, sus propiedades necesarias para ser medido. El promedio SPION-Radio de PLGA de partículas se mide por TEM a ser 45 nm. La densidad de PLGA resultó ser 1,22 g / cm 3, un valor obtenido a partir de un estudio similar utilizando polímeros [10]. Para obtener la susceptibilidad magnética para los polímeros que contienen magnetita SPION múltiples, las muestras fueron enviadas al Departamento de Física, Universidad de Nebraska-Lincoln de la prueba utilizando un magnetómetro de muestra vibrante (VSM), la salida de las cuales es una curva de susceptibilidad. La fracción en volumen de magnetita en el compuesto de partículas se encontró la descomposición térmica de los estudios realizados en la Escuela de Química, Biológica, y Ingeniería de Materiales, Universidad de Oklahoma. Esta técnica arrojó un peso porcentual que se convierten de nuevo a una fracción en volumen de 0,01.

Directrices para la investigación animal

Todos los procedimientos que afectan a los animales fueron aprobados por la Universidad de Oklahoma Institucional Cuidado de Animales y la Utilización del Comité, el Protocolo 14-141. Dunkin Hartley cepa de cuyes (Cavia porcellus) fueron anestesiados utilizando ketamina 70 mg / kg mezclado con xylazina 7 mg / kg, se inyecta por vía intraperitoneal. Adicional dosis, un 20% la dosis de anestesia, se les dio, según sea necesario.

Resultados

La densidad de flujo parcelas creadas en Matlab ® para el 24 y el imán cubierta cubo y imán se muestran en las figuras 2 a 5, en tanto la malla y el contorno formato. Estos datos confirman la hipótesis de que el punto de máxima densidad de flujo es el centro de cada disco de los imanes y el centro de todo el bloque de imán.

Figuras 6 y 7 muestran los mapas de índice de la fuerza de cada imán estudiado. Tenga en cuenta que el punto de máxima fuerza producida por el imán es también el centro, verificar la posición óptima de la RWM durante los experimentos.

El magnética los datos recogidos por estos dos estudios se presentan en la Tabla 1. La variabilidad en la densidad de flujo para cada uno de los imanes disco es más probable debido a la imprecisión de la colocación de los imanes en la carcasa de plástico, como es el caso de imán 3, que hasta protruded del bien. Las propiedades para medir la nanomag ® D-y nanopartículas poliméricas se presentan en la Tabla 2. Al combinar los datos obtenidos en estas dos tablas, la fuerza cálculos se realizaron con Eq. (3). Estos resultados se resumen para cada estudio en la Tabla 3.

Discusión

El nanomag ® D-dextrano encapsulados magnetita SPION mostró mucho mayor susceptibilidad magnética (140 veces) que los compuestos poliméricos nanopartículas. Esto es esperable debido a la pequeña cantidad de magnetita en el PLGA polímero y la muy ligeramente paramagnético naturaleza de la propia PLGA. Como parte de investigación, la magnetización específica del polímero solo se encontró el uso que se VSM 0.0038 emu / g en el mismo campo magnético de 3390 Oe. Esto corresponde a la densidad de una muy baja susceptibilidad magnética de 1,37 × 10 -6 emu / cm 3 Oe. Sin embargo, estos valores corresponden con los datos actuales reportado en la literatura 11, y es importante señalar que a pesar de que la susceptibilidad magnética de las nanopartículas poliméricas es muy baja, el polímero es crucial para la entrega de una carga útil terapéutico.

La densidad de flujo producida por el bloque de imán a una distancia de 2,54 cm de su superficie es dieciséis veces mayor que el producido por los imanes de disco a una distancia de sólo 0,4 cm. Esto pone de relieve la necesidad de utilizar tal imán de alta potencia en vivo de aplicaciones en las que el RWM está más lejos de la cara polo del imán. Los imanes utilizados en el estudio in vitro no han producido suficiente densidad de flujo o gradiente en las distancias de funcionamiento necesarios para la entrega vivo.

Para determinar la velocidad de las nanopartículas se utilizan en estos estudios, la viscosidad del medio ambiente circundante es necesario. Dado que la viscosidad es un parámetro que normalmente utiliza para describir líquidos, no se trataba de una propiedad de la RWM que pueda ser fácilmente medido, y su valor depende del camino tomado por el SPION a través de los tejidos. Nanopartículas superparamagnéticas seguir las líneas de flujo establece un gradiente magnético convergentes, sin embargo, otro factor es en el interior del tejido. De este modo, las nanopartículas se acelerará hacia el imán, pero puede seguir un itinerario de baja resistencia mecánica, como una vía intracelular frente a un apretado nudo. Estudios previos han informado intracelular viscosidad para estar cerca de la de agua, alrededor de 0,01 Poise [12]. Sin embargo, la RWM consiste no sólo de superior e inferior confluente capas celulares, pero también de perder la matriz de colágeno que viscosidades son mucho más altas, alrededor de 80 a 130 Poise [13]. Los experimentos se están realizando para determinar la viscosidad de la in vitro RWM modelo en relación con un conocido gelatina viscosidad.

Para el futuro-en vivo y ensayos clínicos aplicaciones también será necesario determinar la velocidad del SPION o SPION-PLGA como se mueven dentro de la cóclea en respuesta a un campo magnético externo. Perilymphatic fluido tiene una viscosidad ligeramente más baja que el agua, 0.0084 a 0.0087 Poise (medido a 20 ° C [14]]. La velocidad prevista en coclear perilymphatic líquido (η = 0,00855 Poise) figura en el cuadro 4 para ambos estudios. Imán 3 fue seleccionado para el estudio in vitro, ya que proporcionan la velocidad máxima prevista.

La velocidad para encontrar el estudio in vitro se corresponde bien con los datos encontrados en un estudio similar utilizando grandes microesferas magnéticas [15]. Sin embargo, la velocidad se encuentra en el en-estudio in vivo es mucho menor de lo esperado para las partículas de este tamaño, debido principalmente a la baja sensibilidad y fracción en volumen de magnetita. Prevista velocidades a través de la RWM será incluso inferior a lo que fue observado por la perilinfa, debido a la mayor viscosidad del tejido.

Conclusión

Este trabajo comprende la primera caracterización de nanopartículas poliméricas superparamagnéticas entrega a través de tejidos vivos en un órgano diana. Aunque ninguno de estos estudios incluyeron SPION que contiene una carga útil terapéuticas específicas, el éxito de la circulación in vitro nanopartículas demuestra suficiente fuerza magnética y propiedades deseables de nanopartículas. El siguiente paso supondrá la carga SPION-PLGA con una biomolécula terapéutica, buscando el tiempo y cuantificables, orientadas liberación de la biomolécula en la perilinfa de acceso a oído interno células de apoyo. Este trabajo expone cómo los estudios futuros se puede hacer para seleccionar campo magnético externo requisitos específicos para las nanopartículas para lograr una cierta fuerza y velocidad. Por el contrario, una nanopartícula puede ser óptimamente diseñados para un determinado imán permanente. - Porque en los ensayos in vivo, los imanes con suficiente densidad de flujo y gradiente en distancias de al menos 2,54 cm (modelos de roedores) son obligatorios. Los polímeros deben ser diseñados de forma que tienen alta susceptibilidad magnética, ya sea aumentando el tamaño del polímero en sí, o bien incrementando el contenido de magnetita.

Autores de las contribuciones

AB diseñados, realizados y analizar los experimentos de magnetismo, participó en la experimentación con animales y redactó el manuscrito. RW preparado, que se caracterizan (tamaño, composición, volumen y fracción de susceptibilidad magnética) y se analizaron vibrante muestra magnetometry y microscopía electrónica de los resultados. FM realiza el cultivo celular magnetismo experimentos y análisis de datos. KC realizó la experimentación con animales y analizó los datos. RK contribuido a theround ventana in vitro e in vivo diseños experimentales y análisis de datos y análisis de microscopía electrónica. KD participado en el diseño, supervisión y conductancia ofin vitro e in vivo, experimentos, la escritura y la crítica del manuscrito.

Declaración de intereses

Los autores declaran que no tienen intereses en conflicto.

Agradecimientos

Esta obra fue financiada en parte por la Fundación Presbiteriana Salud, Oklahoma City, la Oficina de Investigación Naval (14-05-1-0385), Shulsky la Fundación para la Investigación Médica y la NSF-EPSCoR (EPS-0447262). Damos las gracias a Leslie Diandra-Pelecky en el Departamento de Física, Universidad de Nebraska-Lincoln, para la obtención de datos VSM. Drs. Brian. Grady, y Eric Howard siempre el asesoramiento científico y apoyo. Agradecemos la ayuda de John Dyer en el Departamento de Eléctrica y de Ingeniería en Computación, y el doctor Matthew Johnson, Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Oklahoma.