La palla magica della biologia

La scoperta delle sfere magnetiche.

1. La scoperta delle sfere magnetiche

L'idea per l'invenzione delle sfere magnetiche è venuta originariamente da John Ugelstad, un chimico dell'Università norvegese di scienza e tecnologia, che nel 1976 ha prodotto particelle sferiche magnetizzate uniformemente utilizzando il polistirene come materiale principale.

Nel 1979 Vogelstein et al. riportato l'uso di polvere di vetro come adsorbente può essere utilizzato per estrarre frammenti di DNA dal sefarosio in presenza di alte concentrazioni di ioduro di sodio, e successivamente le tecniche di purificazione dell'acido nucleico in fase solida a base di gel di silice e altri supporti di superficie con proprietà idrofile sono state ampiamente sviluppato. Il metodo di purificazione dell'acido nucleico basato su particelle magnetiche è uno di questi.

2. Tipi di sfere magnetiche

Struttura di base (generalmente divisa in 3 strati):

Lo strato più interno è il polistirene (PS).

Il secondo strato è avvolto da una sostanza magnetica (solitamente Fe3O4).

Lo strato più esterno è un polimero modificato da gruppi funzionali (come carbossil-COOH, idrossil-OH), che può essere combinato con acido nucleico.

Dimensione delle particelle: le diverse dimensioni delle sfere magnetiche presentano evidenti differenze di sospensione. Minore è la dimensione della sospensione, migliore è, ma la risposta magnetica sarà indebolita. Più piccola è la dimensione, migliore è la sospensione, ma la risposta magnetica sarà indebolita. Generalmente, per piccoli campioni con basso contenuto di acido nucleico, è meglio utilizzare sfere magnetiche con una buona sospensione.

Modifica della superficie (gruppo funzionale): -OH/-COOH/-NH4/Proteina

Differenza d'uso (ambiente d'azione): sia le sfere magnetiche -OH che -COOH possono adsorbire efficacemente gli acidi nucleici. In generale, le sfere con idrossile sono relativamente migliori per l'adsorbimento di acido nucleico nel sistema salino caotropico; le perle con gruppo funzione carbossilico sono relativamente migliori per l'adsorbimento di DNA e RNA nel sistema PEG.

Perline magnetiche Tampone: generalmente solventi organici come il polietilenglicole (PEG).

3. Principio del metodo del tallone magnetico

SPRI (Solid Phase Reverse Immobilization) è che le sfere paramagnetiche possono legarsi selettivamente agli acidi nucleici per tipo e dimensione e possono essere utilizzate per isolare, purificare e ripulire acidi nucleici di elevata purezza. Questa tecnologia può essere applicata al sequenziamento di nuova generazione (NGS), al sequenziamento Sanger, qPCR, ddPCR e microarray, ecc.

Basato sulla tecnologia SPRI, nel sistema di reazione del metodo delle sfere magnetiche, le molecole di acido nucleico (DNA e RNA) saranno compresse da una forma lineare a una sferica. Il DNA subirà cambiamenti drammatici nella conformazione molecolare del DNA promossi da NaCl o MgCl2 in presenza di una certa concentrazione di PEG. Un gran numero di gruppi fosfato caricati negativamente sulla spina dorsale del fosfato si legheranno alle sfere magnetiche carbossiliche caricate negativamente sulla superficie. Si ritiene attualmente che questa interazione tra cariche negative e negative sia dovuta all'azione di ioni sali caricati positivamente (ad es. Na+). Il gruppo fosfato caricato negativamente forma una struttura a ponte salino "anione-catione-anione" con il gruppo carbossilico attraverso lo ione sale dissociato (ad es. Na+), in modo che il DNA sia specificamente adsorbito sulla superficie delle sfere di carbossile. Quando il tampone di reazione viene scartato, l'aggiunta di molecola d'acqua idrata rapidamente e completamente le molecole di acido nucleico e rilascia l'interazione ionica tra i tre, consentendo la purificazione delle molecole di acido nucleico adsorbite alle sfere magnetiche. Utilizzando le proprietà magnetiche delle sfere magnetiche, i frammenti di DNA possono essere raccolti ed eluiti mediante un campo magnetico applicato.

- Più lunga è la molecola di DNA, più gruppi fosfato carichi negativamente sono esposti sulla sua superficie, più carica negativa è l'intera molecola ed è più facile essere adsorbito sulla superficie delle sfere magnetiche, quindi solo basse concentrazioni di PEG e NaCl sono necessari per il recupero.

- Più è corta la molecola di DNA, maggiore è la concentrazione di PEG e NaCl necessaria per distruggere lo strato idratato sulla sua superficie in modo più completo ed esporre un numero sufficiente di gruppi fosfato carichi negativamente da essere adsorbiti e recuperati dalle sfere magnetiche. (cioè più piccolo è il frammento di DNA recuperato, maggiore è la concentrazione di PEG e NaCl che deve essere aggiunta e maggiore è il volume delle sfere magnetiche.)