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1磁性微球簡介

從目前研究的情況看,磁性微球根據(jù)其組成材料的不同可分為磁性高分子微球、磁性生物大分子微球和磁性無機物微球等。磁性高分子微球是將具有超順磁性的納米磁性材料與單體通過聚合的方法制備得到。單體聚合法合成磁性微球的方法主要有:懸浮聚合[1-2]、分散聚合[3-4]、乳液聚合[5]和輻射聚合[6]等。目前大多數(shù)磁性高分子微球都是通過將磁流體分散于苯乙烯單體或苯乙烯與其它功能單體中共聚制得。

磁性生物高分子微球一般是通過包埋法制備的,它主要是將磁性粒子分散于生物大分子的溶液中,通過霧化、絮凝、沉積、蒸發(fā)等手段得到磁性微球。Dekker[7]將磁性粒子懸浮于聚乙烯亞胺(PEI)溶液中,通過過濾,干燥處理得到外包PEI的磁性微球;Cuyper等[8]用磷脂處理納米級的磁性粒子,制得磁性脂質(zhì)體微球;Gupta等[9]用牛血清清蛋白和棉籽油對磁性粒子進行處理,得到外包牛血清清蛋白的磁性微球;Hasegama等[10]利用葡聚糖制得了葡聚糖磁性微球。

磁性無機物微球則主要是通過無機鹽類共沉淀法來制備的。ChenQi等[11]通過FeCl3·6H2O與MgCl2·6H2O在NaOH溶液中共沉淀制得具有超順磁性的MgFe2O4的納米微粒;Kuznetsov等[12]制得了超順磁性的Fe-C微球。

2磁性微球生物分離

由于磁性微球粒徑小,比表面積大,故而偶聯(lián)容量大,懸浮穩(wěn)定性好,便于高效地與目標(biāo)產(chǎn)物偶聯(lián);又因其具有超順磁性,在外磁場的作用下固液相的分離十分簡單,可省去離心、過濾等繁雜操作,在細(xì)胞分離、分類、蛋白質(zhì)提純、核酸分離等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

2.1細(xì)胞分離磁性微球作為不溶性載體,在其表面接上具有生物活性的吸附劑或其它配基(如抗體、外源凝結(jié)素等),利用它們與目標(biāo)細(xì)胞的特異性結(jié)合,在外磁場的作用下將細(xì)胞分離、分類。Friedl等[13]應(yīng)用polyclonalanti-Fab抗體修飾的磁性微球成功地對人體CD4、CD8、CD19、CD34等細(xì)胞進行了分離,分離效率達99.9%以上;Briscoe等[14]利用磁性微球成功地在骨髓移植過程中對骨髓中的T細(xì)胞進行了提純,使之應(yīng)用于進一步的分類、培養(yǎng)、功能研究和流式細(xì)胞術(shù)等;此外,Josephson[15]用戊二醛活化硅烷包覆的磁微球來分離人血中的淋巴細(xì)胞;Bjerk[16]用磁微球分離人血中的嗜堿細(xì)胞,分離效果比傳統(tǒng)的分離方法都要好。

2.2蛋白質(zhì)的提純以磁性微球為固相介質(zhì)對蛋白質(zhì)進行提純是一項新興的蛋白分離技術(shù)。目前已經(jīng)成功地對溶胞產(chǎn)物、血漿、原生質(zhì)和腹水中的各種蛋白質(zhì)進行了分離和純化。傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)分離方法如鹽析、有機溶劑沉淀法、膜分離技術(shù)、離子交換技術(shù)和層析技術(shù)等,通過改變pH值、溫度、離子強度、介電常數(shù)等因素來達到分離的目的,分離過程繁雜,而且目標(biāo)蛋白質(zhì)的損失大。而蛋白質(zhì)的磁分離是通過對磁性微球表面的改性,共價結(jié)合能被目標(biāo)蛋白質(zhì)識別和可逆結(jié)合的配基,然后進行目標(biāo)蛋白質(zhì)的分離。

在磁分離過程中,將磁性微球直接放入含有目標(biāo)蛋白質(zhì)的混合溶液中,目標(biāo)蛋白質(zhì)與磁性微球緊密結(jié)合,然后利用外部磁場進行分離。整個分離過程不需對混合溶液的pH值、溫度、離子強度和介電常數(shù)進行調(diào)整,從而避免了傳統(tǒng)分離過程中蛋白質(zhì)的損失。與傳統(tǒng)分離方法相比較,蛋白質(zhì)的磁分離技術(shù)具有快速、高純、高收率等優(yōu)點。如從Erwiniacarotovora中分離L-天冬酰胺酶,用瓊脂糖凝膠親和層析[17]整個過程需要耗時68h,L-天冬酰胺酶的純度大于90%,收率為38%;而用甲苯磺酰氯活化的磁性微球進行分離[18],整個過程只需耗時3h,L-天冬酰胺酶的純度可高達99.9%,收率為95%。

2.3核酸的分離磁性微球還可以用于分子生物學(xué)領(lǐng)域,進行DNA和RNA的分離、純化。傳統(tǒng)的核酸分離技術(shù)有超離心密度梯度技術(shù)和凝膠電泳等。如目前實驗室純化質(zhì)粒DNA最常用的啡啶溴紅-氯化銫密度梯度平衡超離心方法,分析和提純RNA和DNA的瓊脂糖凝膠電泳和聚丙烯酰胺凝膠電泳等,這些純化方法步驟繁雜、費時長、收率低。磁性微球分離核酸,是基于堿基配對原則,通過偶合與目標(biāo)核酸堿基互補的一段引物鏈而達到分離目標(biāo)核酸的目的,這種分離方法簡單、快速、選擇性高。例如偶合有Oligo(dT)25的磁性微球可以快速、高效地對mRNA進行純化,純化后的mRNA可以直接用來建立cDNA文庫和RT-PCR擴增[19-20]。

3磁性微球靶向給藥

藥物制劑的給藥途徑與方法對藥物效果至關(guān)重要。口服給藥由于受胃腸上皮細(xì)胞和肝臟中各酶系的降解和代謝兩種首過效應(yīng)的影響,許多藥物很大一部分被代謝;靜脈注射由于藥物均勻分散于全身循環(huán)系統(tǒng)中,分布于靶組織的量甚少。要提高靶區(qū)的藥濃度就必須普遍提高系統(tǒng)的藥物濃度,而增加劑量往往也增加了藥物的不良反應(yīng)和毒副作用,因此必須改變給藥途徑。靶向給藥或稱定位釋放藥物,即把藥物直接定位于靶區(qū),或給藥后藥物聚結(jié)于靶區(qū),使靶區(qū)藥物濃度高于正常組織。

靶向給藥可減少用藥劑量,增強藥物對靶組織定位的特異性,提高療效和減少藥物的毒副作用。磁性微球靶向給藥始于20世紀(jì)70年代初,服用這種制劑后,在體外適當(dāng)部位用一適宜強度磁鐵,將磁性微球引導(dǎo)到體內(nèi)特定的靶區(qū),使達到需要的濃度。Kramer[21]報道用人血清蛋白將柔紅霉素鹽酸鹽與巰基嘌呤包成磁性的微球,試用于治療胃腸腫瘤;陳琪等[22]用5-Fu磁性微球載體治療食道癌;徐慧顯等[23]用葡聚糖磁性微球固定化L-天冬酰胺酶來治療急性淋巴白血病,都取得了良好的治療效果。

磁性微球給藥載體的特點:(1)將藥物隨著載體被吸附到靶區(qū)周圍,使靶區(qū)很快達到所需濃度,在其它部位分布量相應(yīng)減少,因此可以降低給藥劑量;(2)藥物極大部分在局部作用,相對減少了藥物對人體正常組織的副作用,特別是降低對肝、脾、腎等造血和排泄系統(tǒng)的損害;(3)加速產(chǎn)生藥效,提高療效。由于是利用磁性微球進行體內(nèi)治療,因此要求磁性微球必須:(1)骨架物質(zhì)在體內(nèi)能代謝,代謝產(chǎn)物無毒,并在一定時間內(nèi)經(jīng)皮膚、膽汁、腎排出體外;(2)不凝聚,以免阻塞血管,在毛細(xì)血管內(nèi)能均勻分布并擴散到靶區(qū),產(chǎn)生療效;(3)具有最大的生物相容性和最大的抗原性。

4結(jié)語

磁性微球作為新型的功能材料近年來被廣泛研究,其在生物醫(yī)學(xué)、生物工程等領(lǐng)域的應(yīng)用研究已經(jīng)引起各國研究者的高度重視,作為生物醫(yī)學(xué)材料研究領(lǐng)域的一個熱門課題,必將得到進一步更深入的發(fā)展。