سنتز و مشخصه‌یابی میکروژل مغناطیسی هیبریدی جهت شناسایی سلول‌های سرطانی سینه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان 84156-83111، ایران

2 دانشکده مهندسی متالورژی و مواد، دانشکدگان فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

هدف از پژوهش حاضر سنتز میکروژل مغناطیسی حاوی نانومیله‌های کبالت فریت است که با آپتامر سطح آن اصلاح شده و برای جداسازی و شناسایی کارآمد سلول‌های سرطانی سینه در حضور میدان مغناطیسی استفاده می‌شود. به‌منظور ساخت میکروژل مغناطیسی حاوی نانومیله‌های کبالت فریت در دمای 600 درجه سانتی‌گراد و غلظت 5 درصد وزنی پلی‌وینیل‌الکل سنتز شد. پس از پوشش‌دهی نانومیله‌های کبالت فریت با کیتوسان، میکروژل نانوکامپوزیتی آلژینات- حاوی نانومیله‌های کبالت فریت سنتز و مشخصه‌یابی شد. به‌منظور دستیابی به میکروژل مغناطیسی بهینه، ابتدا میکروژل مغناطیسی در pH‌های مختلف سنتز شدند و نمونه سنتز شده که pH محلول آلژینات آن 7 و pH محلول نهایی آن 3 (7alg-3) بود به دلیل اندازه تخلخل و درصد تخلخل سطحی بهتر انتخاب شد. آزمون میکروسکوپی الکترونی روبشی، به‌منظور بررسی خواص ساختاری و مورفولوژی میکروژل‌های مغناطیسی انجام شد. در نهایت سطح میکروژل بهینه با آپتامر میوسین1 اصلاح شد و آزمون طیف‌نمایی مرئی- فرابنفش برای بررسی اتصال آپتامر به سطح میکروژل انجام شد. در نتیجه اقدامات مذکور آپتاحسگر مغناطیسی با قابلیت تشخیص سلول‌های سرطانی mcf7 و سنجش مغناطش اشباع ساخته شد. برای بررسی خواص فیزیکی و ساختاری آپتاحسگر مغناطیسی و اجزای تشکیل‌دهنده آن آزمون‌های عکس‌برداری میکروسکوپی الکترونی روبشی، آزمون طیف‌نمایی مرئی- فرابنفش و آزمون مغناطومتری نمونه ارتعاشی انجام شد. با استفاده از آزمون مغناطومتری نمونه ارتعاشی و بررسی نتایج آن حد تشخیص و حساسیت آپتاحسگر اندازه‌گیری شد و به‌ترتیب مقادیر 14 سلول در میلی‌لیتر و Ms/cell 0/18 به‌دست آمد. 

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Synthesis and Characterization of Magnetic Hybrid Microgels for Identification of Breast Cancer Cells

نویسندگان [English]

  • M. M. Piran 1
  • M. Kharaziha 1
  • S. Sheibani 2
1 Department of Materials Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan 84156-83111, Iran
2 School of Metallurgy and Materials Engineering, College of Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran
چکیده [English]

The objective of the current study is to synthesize magnetic microgels containing cobalt ferrite nanorods, surface modified with aptamer, for efficient separation and identification of breast cancer cells in the presence of a magnetic field. To construct magnetic microgels, cobalt ferrite nanorods were synthesized at 600 °C with a 5 wt.% of polyvinyl alcohol. The synthesized cobalt ferrite nanorods were successfully coated with chitosan, and then the coated nanorods were loaded into alginate microgels. Magnetic microgel samples were synthesized at different pH levels to achieve the optimal magnetic microgels. The sample synthesized at pH 7 of alginate solution and a final pH of 3 (7alg-3) was chosen due to its better size of the porosity and the percentage of surface porosity. Scanning electron microscopy test was conducted to investigate the morphological, and structural properties of nanorods and magnetic microgels. Finally, the surface of the optimal microgel was modified with mucin 1 aptamer, and visible-UV spectroscopy tests were performed to examine the aptamer attachment to the microgel surface. As a result of these efforts, a magnetic aptasensor capable of detecting MCF7 cancer cells and measuring saturation magnetization was developed. Physical and structural properties of the magnetic aptasensor and its components were investigated using scanning electron microscopy, visible-UV spectroscopy, and vibrating sample magnetometry tests. The detection limit and sensitivity of the aptasensor were measured, resulting in 14 cells/mL and a sensitivity of 0.18 Ms/cell.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cancer
  • Mucin 1 aptamer
  • Cobalt ferrite magnetic nanorods
  • Magnetic aptasensor
  • MCF7 cancer cells

مراجع

  1. Oláh E. Basic concepts of cancer: genomic determination. EJIFCC. 2005; 16(2):10.
  2. Hanselmann RG, Welter C. Origin of cancer: cell work is the key to understanding cancer initiation and progression. Frontiers in Cell and Developmental Biology. 2022; 10: 787995. https://doi.org/10.3389/ fcell.2022.787995
  3. Lampignano R, Schneck H, Neumann M, Köhler D, Terstappen L, Niederacher D, Fehm T, Neubauer H. Detection of EpCAM-negative circulating tumor cells by using VyCAP filters technology. Senologie-Zeitschrift für Mammadiagnostik und-therapie. 2015; 12(02):A82. https://doi.org/10.1055/ s-0035-1550523
  4. Deng Z, Wu S, Wang Y, Shi D. Circulating tumor cell isolation for cancer diagnosis and prognosis. EBioMedicine. 2022; 83:104237. https://doi.org/10. 1016/j.ebiom.2022.104237
  5. Dhar P, Samarasinghe RM, Shigdar S. Antibodies, nanobodies, or aptamers—which is best for deciphering the proteomes of non-model species? International journal of molecular sciences. 2020; 21(7):2485. https://doi.org/10.3390/ijms21072485
  6. Safavipour M, Kharaziha M, Amjadi E, Karimzadeh F, Allafchian A. TiO2 nanotubes/reduced GO nanoparticles for sensitive detection of breast cancer cells and photothermal performance. Talanta. 2020; 208:120369. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2019.120369
  7. Pillai V, Shah D. Synthesis of high-coercivity cobalt ferrite particles using water-in-oil microemulsions. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 1996; 163 (1-2): 243-248. https://doi.org/10.1016/S0304-8853 (96)00280-6
  8. Kurian M, Thankachan S, Nair DS, EK A, Babu A, Thomas A, et al. Structural, magnetic, and acidic properties of cobalt ferrite nanoparticles synthesised by wet chemical methods. Journal of Advanced Ceramics. 2015; 4:199-205. https://doi.org/10.1007/ s40145-015-0149-x
  9. Seyfoori A, Seyyed Ebrahimi S, Samiei E, Akbari M. Multifunctional hybrid magnetic microgel synthesis for immune-based isolation and post-isolation culture of tumor cells. ACS Applied Materials & Interfaces. 2019; 11(28):24945-58. https://doi.org/10.1021/acsami. 9b02959
  10. Scheffold F. Pathways and challenges towards a complete characterization of microgels. Nature Communications. 2020; 11(1):4315. https://doi.org/ 10. 1038/ s41467-020-17774-5
  11. Wang Y, Guo L, Dong S, Cui J, Hao J. Microgels in biomaterials and nanomedicines. Advances in colloid and interface science. 2019; 266:1-20. https://doi.org/ 10.1016/j.cis.2019.01.005
  12. Ching SH, Bansal N, Bhandari B. Alginate gel particles–A review of production techniques and physical properties. Critical reviews in food science and nutrition. 2017; 57(6):1133-52. https://doi.org/ 10.1080/10408398.2014.965773
  13. Gheorghita Puscaselu R, Lobiuc A, Dimian M, Covasa M. Alginate: From food industry to biomedical applications and management of metabolic disorders. Polymers. 2020; 12 (10): 2417. https://doi.org/10.3390/polym12102417
  14. Yao X, Zhao C, Kong J, Wu H, Zhou D, Lu X. Dopamine-assisted one-pot synthesis of zinc ferrite-embedded porous carbon nanospheres for ultrafast and stable lithium ion batteries. Chemical Communications. 2014; 50(93):14597-600. https:// doi.org/10.1039/C4CC07350A
  15. Seyfoori A, Ebrahimi SS, Yousefi A, Akbari M. Efficient targeted cancer cell detection, isolation and enumeration using immuno-nano/hybrid magnetic microgels. Biomaterials science. 2019; 7(8):3359-72. https://doi.org/10.1039/C9BM00552H
  16. Feng R, Wang L, Zhou P, Luo Z, Li X, Gao L. Development of the pH responsive chitosan-alginate based microgel for encapsulation of Jughans regia L. polyphenols under simulated gastrointestinal digestion in vitro. Carbohydrate polymers. 2020; 250: 116917. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2020. 116917
  17. Sharma A, Hayat A, Mishra RK, Catanante G, Bhand S, Marty JL. Titanium dioxide nanoparticles (TiO2) quenching based aptasensing platform: Application to ochratoxin A detection. Toxins. 2015; 7(9):3771-84. https://doi.org/10.3390/toxins7093771
  18. Feng H, Zhao L, Bai Z, Xin Z, Wang C, Liu L, et al. Aptamer modified Zr-based porphyrinic nanoscale metal–organic frameworks for active-targeted chemo-photodynamic therapy of tumors. RSC advances. 2023; 13(16):11215-24. https://doi.org/ 10.1039/D3RA00753G
مواد پیشرفته در مهندسی
دوره 43، شماره 1
خرداد 1403
صفحه 1-11

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار

ارتقاء امنیت وب با وف ایرانی