Le nanoparticelle magnetiche biosintetizzate dai batteri potrebbero presto svolgere un ruolo importante nella biomedicina e nella biotecnologia. I ricercatori dell'Università di Bayreuth hanno ora sviluppato e ottimizzato un processo per l'isolamento e la purificazione di queste particelle dalle cellule batteriche. Nelle prove iniziali, i magnetosomi hanno mostrato una buona biocompatibilità quando incubati con linee cellulari umane. I risultati, presentato sulla rivista Acta Biomaterialia , sono quindi un passo promettente verso l'uso biomedico dei magnetosomi nelle tecniche di diagnostica per immagini o come carrier nelle applicazioni di rilascio di farmaci magnetici.

Il batterio magnetotattico Magnetospirillum gryphiswaldense produce nanoparticelle magnetiche intracellulari, cosiddetti magnetosomi. Questi sono disposti a catena simile a un filo di perle, formando così una sorta di ago della bussola magnetica che consente ai batteri di navigare lungo il campo magnetico terrestre. A differenza delle nanoparticelle prodotte chimicamente, i magnetosomi mostrano una forma e una dimensione sorprendentemente uniformi di circa 40 nanometri, una perfetta struttura cristallina, e promettenti proprietà magnetiche. Inoltre, sono circondati da una membrana biologica che può essere dotata di funzionalità biochimiche aggiuntive secondo necessità. Le particelle sono quindi molto attraenti per una serie di applicazioni biomediche e biotecnologiche.

Un team interdisciplinare di scienziati dell'Università di Bayreuth ha ora definito criteri di qualità per magnetosomi purificati, che sono necessari per applicazioni future. In particolare, questi includono l'uniformità (omogeneità) dei magnetosomi, un alto grado di purezza, e l'integrità della membrana che circonda ogni singolo magnetosoma e fornisce stabilità. Allo stesso tempo, i ricercatori di Bayreuth hanno stabilito e ottimizzato un metodo mediante il quale i magnetosomi possono essere isolati delicatamente dai batteri. La procedura di nuova concezione non solo soddisfa i criteri di qualità, ma è anche adattabile per l'isolamento di quantità maggiori richieste nell'ampia gamma di applicazioni previste in biomedicina e biotecnologia.

Il processo di purificazione dei magnetosomi sviluppato a Bayreuth si basa sulle proprietà fisiche delle nanoparticelle magnetiche. Primo, i magnetosomi sono separati da altri componenti cellulari non magnetici mediante colonne magnetiche. Secondo, a causa dell'elevata densità delle nanoparticelle, un ulteriore passaggio di ultracentrifugazione consente la rimozione delle impurità residue. La qualità delle sospensioni di magnetosomi purificate è stata valutata mediante tecniche fisico-chimiche. Inoltre, la biocompatibilità è stata testata in stretta collaborazione con l'Ospedale Universitario di Jena. Queste analisi hanno rivelato elevati valori di vitalità delle linee cellulari umane trattate con magnetosomi anche ad alte concentrazioni di particelle. Ciò indica una buona biocompatibilità secondo gli standard DIN pertinenti, che rappresenta un prerequisito per l'uso dei magnetosomi nelle tecniche di imaging magnetico o per il targeting delle cellule tumorali mediante somministrazione di farmaci controllata magneticamente. Inoltre, le nanoparticelle potrebbero avere un grande potenziale nel campo della teranostica, che combina una diagnosi precisa con una successiva terapia mirata.