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免疫磁性微球的制备和应用

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免疫磁性微球(Immunomagnctic beads,IMB) 是免疫学和磁载体技术结合而发展起来的一类新型材料。IMB是包被有单克隆抗体的磁性微球,可与含有相应抗原的靶物质特异性地结合形成新的复合物。通过磁场时,这种复合物可被滞留,与其它组分相分离,该过程称为免疫磁性分离法(Immunomagnctic Separation)。免疫磁性分离简便易行,分离纯度高,保留靶物质活性,且高效、快速、低毒,可广泛应用于细胞分离和提纯、免疫检测、核酸分析和基因工程、作靶向释药的载体等领域。

磁性微球由载体微球和配基结合而成。理想的磁性微球为均匀的球形、具有超顺磁性及保护性壳的粒子。

一、磁性微球性能介绍

1、磁性材料

γ-Fe2O4、Me-Fe2O4(Me = Co,Mn,Ni)、Fe3O4、Ni、Co、Fe、Fe-Co和Ni-Fe合金等,目前被研究最多且应用最广泛的是铁及其氧化物(Fe、Fe2O4和Fe3O4等)。

2、高分子材料

聚乙烯亚胺、聚乙烯醇、多糖(纤维素、琼脂糖、葡聚糖、壳聚糖等)和牛血清白蛋白等。表面常带有化学功能的基团,如-OH、-NH2、-COOH和-CONO2等,使得磁性微载体就几乎可以偶联任何具有生物活性的蛋白。

3、功能配基

配基必须具有生物专一性的特点,而且载体和微球与配基结合后不影响或改变配基原有的生物学特性,保证微球的特殊识别功能。

磁性高分子微球决定了免疫磁性微球的大小和形状。Hirschein得到外加磁场作用力与磁性微球的关系为:

F=(Xv - Xv0) VH (dH/dX)

其中F为外加磁场作用力;Xv为磁性微球的磁化率; Xv0为介质的磁化率;H为外加磁场;V为磁性微球的体积; dH/dX为磁场强度。磁性粒子在磁场中受的力F与粒子的大小成正比。当粒子直径D>10μm时,能在弱磁场下分离,容易沉淀,吸附生物分子的量也少;在直径D<0.03μm时,粒子可以稳定分散在溶液中,分离需要很大的磁场强度。选用的粒径范围应根据分离物系的特点确定。F还与磁性微球的磁化率有关,微球的磁化率直接决定于作为磁核的磁粉的组成及大小,常用的缺氧化物,当其结构的晶体小于30nm时,成为超顺磁材料,当晶体大于30nm时,成为铁磁性。大比表面和高分散稳定性:随着微球的细化,其粒径达到纳米级时,其比表面激增,微球表面官能团密度及选择性吸附能力变大,达到吸附平衡的时间大大缩短,粒子的分散稳定性也大大提高。

4、软磁效应

在外加磁场作用下软磁性高分子微球可产生磁性,并做定向移动,磁场去出后磁性消失,由此可方便地进行分离和磁性导向。

5、生物相容性

纳米磁性微球与多数生物高分子如多聚糖、蛋白质等具有良好的生物相容性。在生物工程,特别是在生物医学领域应用,具有良好的生物相容性是非常重要的。

6、功能基特性

磁性微球表面功能化的基团能与生物高分子的多种活性基团如-OH、-COOH、-NH2共价连接,可在其表面稳定地固定生物活性物质(如抗体、抗原、受体、酶、核酸和药物等)。

由于纳米磁性高分子微球具有以上特性,可根据不同需要,通过共聚,表面改性,赋予其表面多种特定的反应性功能基,进而结合各种功能物质, 广泛用于有机合成载体、亲和色谱填料、细胞的标记与分离、固定化酶及细菌、核酸的分离与纯化、生物芯片材料、工业废水净化、靶向释药系统的载体和免疫分析等.

二、免疫磁性微球的制备

1、基本技术路线

制成磁性材料的微球,再在微球表面引入活性基团,通过载体表面偶联反应可将抗体结合到载体上,形成免疫磁性微球。

2、优质微载体的性能

合适与均一的磁响应强度,较小且均一的粒径,稳定均一、特异吸附的表面性能。

3、磁性微载体的制备

(1)包埋法

将磁性粒子分散于高分子溶液中,通过雾化、絮凝、沉积、蒸发等手段得到磁性高分子微球。

(2)单体聚合法

在磁性粒子和单体存在下,加入引发剂、稳定剂等聚合而成的核/壳式磁性高分子微球。抗体与磁性载体的结合:磁性微载体表面的高分子层活化后悬于抗体溶液中,在室温或低温(冰水浴)下摇动一段时间即可将抗体连接到微球表面上,得到免疫磁性微球。

三、免疫磁性微球的应用

1、用于细胞分离和提纯

使用IMB进行分离细胞有两种方式;直接从细胞混合液中分离出靶细胞的方法,称为阳性分离;用免疫磁珠去除无关细胞,使靶细胞得以纯化的方法称为阴性分离。免疫磁珠技术可用来分离人类各种细胞如红细胞、外周血嗜酸/碱性粒细胞,神经干细胞、造血细胞、T淋巴细胞、γδT淋巴细胞,人类关节滑膜细胞,树突状细胞,内皮细胞、及多种肿瘤细胞等。

2、体外细胞扩增

树突状细胞(Dendriticcells,DC)、造血干、祖细胞等细胞在科研及临床上都具有巨大的应用价值,但是在体内含量较少而且分布广泛,难以获得大量高纯度的细胞,限制了该领域的发展。体外扩增辅以免疫磁珠技术有望解决这一难题。在这一过程中,   用免疫磁性微球分离纯化出待扩增的细胞,   用特定的因子组合培养,许多研究者用这样的方法寻找扩增的最佳细胞因子组合和移植的最佳时机。

3、免疫检测

免疫磁性微球可以简单快速地从血液或者骨髓中富集、清除癌细胞,广泛地应用于疾病检测、癌症治疗和自身骨髓移植中,还被用于从母体外周血中分离胎儿细胞进行无创性产前诊断。免疫磁珠分离技术用在微生物检测方面能准确快速地检测出样品中的Coli O 157,这对于食品卫生和预防疾病的传播具有重要的意义。PCR技术与免疫磁珠技术结合在分子生物学、医学诊断学等方面有非常重要的作用,这方面的研究在医学检测方面的应用,可以简便快速地诊断膀胱癌、乳腺癌、前列腺癌、腹膜胃癌、上皮肿瘤细胞等,使免疫磁性分离技术的应用更加广泛。

4、在核酸与基因工程上的应用

免疫磁球可以看作是亲合层析技术中的微型配基裁体,借助亲合素-生物素(Biotin-Avidin)系统免疫磁球可与非蛋白质结合,生物素和亲合素间有着高度的亲和力,两者的结合迅速、专一、稳定,在分子生物学、医学、免疫组织化学等领域中的应用也越来越广泛,与生物磁珠技术结合后,更是产生了诱人的发展前景,并广泛地应用于分离纯化RNA、mRNA、核酸片段等及相关研究。

5、用于分型

免疫磁珠法可被应用于临床器官移植供受者的快速选配。在高梯度磁场下,用免疫磁珠法分离静脉或腹腔血中T、B淋巴细胞,并利用分离的淋巴细胞进行HLA-ⅠⅡ类抗原分型。如采用磁珠技术和单抗试剂建立起可在1.5h完成HLA-ⅠⅡ类抗原一类分型的新方法,还可应用免疫磁珠分离技术进行肾移植供受体的HLA分型、探讨血液病患者反复血小板输注的治疗效果与HLA之间的相关性。

6、用作靶向释药系统的载体

免疫磁性微球作为靶向释药系统的载体可使免疫磁性微球上的抗癌药物更易与癌细胞接触,服用这种制剂后,在体外适当部位用一适宜强度的磁铁,将磁性微球引导到体内特定靶区,提高了杀伤癌细胞的效果。很多研究者使用不同的方法制成了针对不同癌细胞的免疫磁性微球,作为靶向释药系统的载体并在实验中证实这种释药载体具有良好的功效。

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