توليف الجسيمات النانوية المغناطيسية الوظيفية، والاقتران مع Siderophore فيلوكسامين وتقييمها للكشف عن البكتيريا
Summary
يصف هذا العمل بروتوكولات لإعداد الجسيمات النانوية المغناطيسية ، وطلاءها مع SiO2، متبوعة بوظيفتها الأمينية مع (3-aminopropyl) triethoxysilane (APTES) والاقتران مع تأجيلoxamine باستخدام مويتي succinyl كمرتابط. وصف توصيف الهيكلية العميقة ومقايسة البكتيريا التقاط باستخدام Y. enterocolitica لجميع الجسيمات النانوية المتوسطة ومترافق النهائي هي أيضا وصف مفصل.
Abstract
في العمل الحالي، وتوليف الجسيمات النانوية المغناطيسية، وطلاءها مع SiO2، تليها وظيفية أمين مع (3-أمينوبروبيل) triethoxysilane (APTES) والاقتران مع تأجيلoxamine، وs siderophore المعترف بها من قبل Yersinia enterocolitica، وذلك باستخدام مويتي succinyl كما وصفت رابط.
تم إعداد الجسيمات النانوية المغناطيسية (MNP) من الممغنط (Fe3O4)بواسطة طريقة solvothermal ومغلفة بـ SiO2 (MNP@SiO2)باستخدام عملية Stöber تليها وظيفية مع APTES (MNP@SiO2@NH2). ثم، كان مترافقا فيروكسيمين مع MNP@SiO2@NH2 من قبل اقتران كاربودييميد لإعطاء MNP@SiO2@NH2@Fa. تم فحص مورفولوجيا وخصائص المترافقة والوسيطة من خلال ثماني طرق مختلفة بما في ذلك مسحوق X-Ray DIFFACTION (XRD) ، وفورييه تحويل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء (FT-IR) ، والتحليل الطيفي رامان ، والأشعة السينية الطيفي الضوئي (XPS) ، والمجهر الإلكتروني انتقال (TEM) وشعاع الأشعة السينية (EDX) الطاقة رسم الخرائط. وقد أكد هذا الوصف الشامل تشكيل المترافق. وأخيرا، من أجل تقييم قدرة وخصوصية الجسيمات النانوية، تم اختبارها في التقاط البكتيريا اختبار باستخدام Yersinia enterocolitica.
Introduction
تعتمد طرق الكشف عن البكتيريا باستخدام MNP على الاعتراف الجزيئي للأجسام المضادة ، aptamers ، البروتين الحيوي ، الكربوهيدرات المترافقة مع MNP بواسطة البكتيريا المسببة للأمراض1. مع الأخذ في الاعتبار أن يتم التعرف على siderophores من قبل مستقبلات محددة على الغشاء الخارجي للبكتيريا، فإنها يمكن أن ترتبط أيضا إلى MNP لزيادة خصوصيتها2. Siderophores هي الجزيئات العضوية الصغيرة المشاركة في Fe3 + امتصاص البكتيريا3،4. لم يتم بعد الإبلاغ عن إعداد الترافق بين siderophores و MNP جنبا إلى جنب مع تقييمها لالتقاط وعزل البكتيريا.
واحدة من الخطوات الحاسمة في تركيب جسيمات نانوية مغناطيسية مع جزيئات صغيرة هي اختيار نوع الرابطة أو التفاعل بينها لضمان أن يتم إرفاق الجزيء الصغير على سطح MNP. لهذا السبب، كان تركيز الإجراء لإعداد الترافق بين الجسيمات النانوية المغناطيسية و فيروكزامين -siderophore المعترف بها من قبل Yersinia enterocolitica– في توليد سطح قابل للتعديل من MNP للسماح لها ربط بتكهوري إلى siderophore بواسطة الكيمياء كاربودييميد. من أجل الحصول على جسيمات نانوية موحدة المغنطيسية (MNP) وتحسين التحكم في التنوية والحجم ، تم إجراء تفاعل تحلية مع الكحول البنزيل في كتلة حرارية دون أن تهتز5. ثم، تم إنشاء طلاء السيليكا من قبل طريقة Stöber لمنح الحماية وتحسين استقرار تعليق الجسيمات النانوية في وسائل الإعلام مائي6. مع الأخذ في الاعتبار هيكل الفلوكسامين ، وإدخال مجموعات أمين ضروري لإنتاج الجسيمات النانوية المناسبة (MNP@SiO2@NH2) أن تكون مترافقة مع siderophore. وقد تحقق ذلك عن طريق التكثيف من (3-aminopropyl) ثلاثية الأيثوكسيسيلين (APTES) مع مجموعات الكحول الموجودة على سطح الجسيمات النانوية المعدلة السيليكا (MNP@SiO2) باستخدام طريقة سول جل7.
في موازاة, تم إعداد فيروكسيمين الحديد (III) مجمع من قبل تعقيد من deferoxamine المتاحة تجاريا مع أسيتونات أسيتيل الحديد في محلول مائي. N-succinylferoxamine، تحمل مجموعات السوتشينيل التي سوف تعمل كربطات، تم الحصول عليها من قبل رد فعل فيروكسيمين مع أنهيدريد succinic.
تمت عملية الاقتران بين MNP@SiO2@NH2 وN-succinylferoxamine لإعطاء MNP@SiO2@NH@Fa من خلال كيمياء كاربوديميد باستخدام الكواشف اقتران benzotriazole-1-yl-ox y-tris-(dimethylamino)-فوسفونيوم سداسي فلوريفوروفوسفات (BOP) و 1-هيدروكسي بنزوزيرول (HOBt) في وسائل الإعلام الأساسية لينة لتنشيط مجموعة حمض المحطة الطرفية في N-succinylferoxamine8. N
وبمجرد أن تم وصف MNPs ، قمنا بتقييم قدرات الجسيمات النانوية المغناطيسية العارية والمزملة لالتقاط النوع البري (WC-A) ومتحول من Y. enterocolitica تفتقر إلى مستقبلات الفلوكسامين FoxA (FoxA WC-A 12-8). وسمح لأعضاء البرلمان الوطنيين العاديين والنواب المُمَنَاة الوظيفية وأعضاء البرلمان الوطني MNP@SiO2@NH@Fa بالتفاعل مع كل سلالة من سلالة Y. enterocolitica. تم فصل المجاميع البكتيريا- مترافق من تعليق البكتيريا عن طريق تطبيق حقل مغناطيسي. تم شطف المجاميع المنفصلة مرتين مع المالحة الفوسفاتية المخزنة (PBS) ، وإعادة تعليقها في PBS لإعداد عمليات التخفيف التسلسلية ثم ، كانت مطلية لعد المستعمرة. يوضح هذا البروتوكول كل خطوة من توليف MNP@SiO2@NH@Fa، والتوصيف الهيكلي لجميع الوسيطات والمقارنات، ومقايسة التقاط البكتيريا كوسيلة سهلة لتقييم خصوصية المترافق فيما يتعلق بالمتوسطات. 9
Protocol
Representative Results
Discussion
يصف هذا البروتوكول تركيب اقتران بين الجسيمات النانوية المغناطيسية وspartrophore feroxamine بواسطة الترابط التساهمي. تم تركيب الممغنطة باستخدام بروتوكول أبلغت عنه بينا وآخرون5 تليها طلاء السيليكا لحماية النواة المغناطيسية للتآكل في النظم مائي، للحد من تجميع وتوفير سطح مناسب للوظيفية<…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
الكتاب ممتنا نقدر البروفيسور كلاوس Hantke (جامعة توبنغن ، ألمانيا) للتكرم توريد Yersinia enterocolitica سلالات المستخدمة في هذا العمل. وقد تم دعم هذا العمل من خلال المنح AGL2015-63740-C2-1/2-R وRTI2018-093634-B-C21/C22 (AEI/FEDER, EU) من الوكالة الحكومية للأبحاث (AEI) في إسبانيا، والتي يشارك في تمويلها برنامج فيدر من الاتحاد الأوروبي. كما تم دعم العمل في جامعة سانتياغو دي كومبوستيلا وجامعة كورونيا بمنح من قبل GRC2018/018 و GRC2018/039 و ED431E 2018/03 (مجموعة إستراتيجية CICA-INIBIC) من Xunta de Galicia. وأخيراً، نود أن نشكر نوريا كالفو على تعاونها الكبير في تنفيذ بروتوكول الفيديو هذا.
Materials
| 1-Hydroxybenzotriazole hydrate HOBT |
Acros | 300561000 | |
| 2,2′-Bipyridyl | Sigma Aldrich | D216305 | |
| 3-Aminopropyltriethoxysilane 99% | Acros | 151081000 | |
| Ammonium hydroxide solution 28% NH3 | Sigma Aldrich | 338818 | |
| Benzotriazol-1-yloxytris(dimethylamino)-phosphonium hexafluorophosphate BOP Reagent | Acros | 209800050 | |
| Benzyl alcohol | Sigma Aldrich | 822259 | |
| Deferoxamine mesylate salt >92,5% (TLC) | Sigma Aldrich | D9533 | |
| Ethanol, anhydrous, 96% | Panreac | 131085 | |
| Ethyl Acetate, Extra Pure, SLR, Fisher Chemical | |||
| Iron(III) acetylacetonate 97% | Sigma Aldrich | F300 | |
| LB Broth (Lennox) | Sigma Aldrich | L3022 | |
| N,N-Diisopropylethylamine, 99.5+%, AcroSeal | Acros | 459591000 | |
| N,N-Dimethylformamide, 99.8%, Extra Dry, AcroSeal | Acros | 326871000 | |
| Pyridine, 99.5%, Extra Dry, AcroSeal | Acros | 339421000 | |
| Sephadex LH-20 | Sigma Aldrich | LH20100 | |
| Succinic anhydride >99% | Sigma Aldrich | 239690 | |
| Tetraethyl orthosolicate >99,0% | Sigma Aldrich | 86578 |
References
- Pan, Y., Du, X., Zhao, F., Xu, B. Magnetic nanoparticles for the manipulation of proteins and cells. Chemical Society Reviews. 41 (7), 2912-2942 (2012).
- Zheng, T., Nolan, E. M. Siderophore-based detection of Fe(III) and microbial pathogens. Metallomics. 4, 866-880 (2012).
- Hider, R. C., Kong, X. Chemistry and biology of siderophores. Natural Product Reports. 27 (5), 637-657 (2010).
- Sandy, M., Butler, A. Microbial Iron Acquisition: Marine and Terrestrial Siderophores. Chemical Reviews. 109 (10), 4580-4595 (2010).
- Pinna, N., Grancharov, S., Beato, P., Bonville, P., Antonietti, M., Niederberger, M. Magnetite Nanocrystals : Nonaqueous Synthesis, Characterization. Chemistry of Materials. 17 (15), 3044-3049 (2005).
- Li, Y. S., Church, J. S., Woodhead, A. L., Moussa, F. Preparation and characterization of silica coated iron oxide magnetic nano-particles. Spectrochimica Acta – Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 76 (5), 484-489 (2010).
- Chen, J. P., Yang, P. C., Ma, Y. H., Tu, S. J., Lu, Y. J. Targeted delivery of tissue plasminogen activator by binding to silica-coated magnetic nanoparticle. International Journal of Nanomedicine. 7, 5137-5149 (2012).
- El-Boubbou, K., Gruden, C., Huang, X. Magnetic glyco-nanoparticles: a unique tool for rapid pathogen detection, decontamination, and strain differentiation. Journal of the American Chemical Society. 129 (44), 13392-13393 (2007).
- Martínez-Matamoros, D., et al. Preparation of functionalized magnetic nanoparticles conjugated with feroxamine and their evaluation for pathogen detection. RSC Advances. 9 (24), 13533-13542 (2019).
- Cozar, O., et al. Raman and surface-enhanced Raman study of desferrioxamine B and its Fe(III) complex, ferrioxamine B. Journal of Molecular Structure. 788 (1-3), 1-6 (2006).
- Shebanova, O. N., Lazor, P. Characterisation of a-C:H and oxygen-containing Si:C:H films by Raman spectroscopy and XPS. Journal of Solid State Chemistry. 174 (4), 424-430 (2003).
- González, P., Serra, J., Liste, S., Chiussi, S., León, B., Pérez-Amor, M. Raman spectroscopic study of bioactive silica based glasses. Journal of Non-Crystalline Solids. 320 (12), 92-99 (2003).
- Veres, M., et al. Characterisation of a-C:H and oxygen-containing Si:C:H films by Raman spectroscopy and XPS. Diamond and Related Materials. 14 (3-7), 1051-1056 (2005).
- You, Y., et al. Visualization and investigation of Si-C covalent bonding of single carbon nanotube grown on silicon substrate. Applied Physics Letters. 93 (10), 103111-103113 (2008).
- Graf, N., et al. XPS and NEXAFS studies of aliphatic and aromatic amine species on functionalized surfaces. Surface Science. 603 (18), 2849-2860 (2009).
- Michaeli, W., Blomfield, C. J., Short, R. D., Jones, F. R., Alexander, M. R. A study of HMDSO/O2 plasma deposits using a high-sensitivity and -energy resolution XPS instrument: curve fitting of the Si 2p core level. Applied Surface Science. 137 (1-4), 179-183 (2002).
- Liana, A. E., Marquis, C. P., Gunawan, C., Gooding, J. J., Amal, R. T4 bacteriophage conjugated magnetic particles for E. coli capturing: Influence of bacteriophage loading, temperature and tryptone. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 151, 47-57 (2017).
- Fang, W., Han, C., Zhang, H., Wei, W., Liu, R., Shen, Y. Preparation of amino-functionalized magnetic nanoparticles for enhancement of bacterial capture efficiency. RSC Advances. 6, 67875-67882 (2016).
- Zhan, S., et al. Efficient removal of pathogenic bacteria and viruses by multifunctional amine-modified magnetic nanoparticles. Journal of Hazardous Materials. 274, 115-123 (2014).
