SEPARACIÓN DE CELULAS ESPERMÁTICAS CON NANOPARTÍCULAS MAGNÉTICAS
C. Camaño1, J. Molinari1, G. Ybarra1, C. Moina1, V. Farini2, D. Viale2, M. Radrizzani2 (1) INTI Procesos Superficiales, (2) Laboratorio de Neuro y Citogenética, EcyT, UNSAM
gabriel@inti.gob.ar
OBJETIVO Separar magnéticamente células espermáticas bovinas apoptóticas (en proceso de muerte celular autoinducido) de células viables, utilizando biomarcadores de membrana mediante el desarrollo de nanopartículas magnéticas funcionarizadas con aptámeros.
DESCRIPCIÓN
Las muestras seminales utilizadas para la
fertilización del ganado bovino se conservan
mediante criopreservación. Este proceso y el
descongelamiento provocan la apoptosis
celular y la pérdida de viabilidad de los
espermatozoides. Una de las primeras
manifestaciones de este evento es la presencia
de moléculas en la cara externa de la
membrana plasmática que en células viables
no se encuentran. Estas moléculas se utilizan
como biomarcadores de apoptosis. El presente
trabajo emplea nanopartículas de óxido de
hierro
superparamagnéticas
(SPION)
recubiertas con óxido de silicio sobre las cuales
se une covalentemente avidina y aptámeros
contra el biomarcador unidos a biotina que
reconocen esta molécula en la membrana de
los espermatozoides. Los aptámeros son,
generalmente, secuencias oligonucleotídicas
(DNA o RNA) obtenidas in vitro que consisten
en una secuencia lineal de nucleótidos. En
solución tienen la capacidad de unirse
específicamente y con gran afinidad a una gran
variedad de moléculas blanco (“target”). La
especificidad de unión avidina-biotina y las
propiedades magnéticas de las nanopartículas
permiten la separación de estos
espermatozoides no viables con la aplicación
de un campo magnético externo.
Obtención de SPION recubiertas con oxido
de silicio: La obtención de partículas de Fe3O4
(magnetita) se realizó mediante una
coprecipitación de sales FeCl3.6H2O y
FeCl2.4H2O en una relación 2:1. Las
partículas de γ-Fe2O3 (maghemita) se
sintetizaron a partir de la magnetita por
oxidación con HNO3 0.1 N (Anedra) a reflujo.
Luego se separó la solución resultante y se
lavó 2 veces con agua purificada.
Las partículas obtenidas se recubrieron con
oxido de silicio por el Método Stöber utilizando
una relación alcohol isopropílico (Biopack):
Tetraetilortosilicato (TEOS) (Sigma-Aldrich):
NH4OH 25% (Biopack) : agua purificada (25:
0,5: 0,75: 1,0). Las NP se lavaron y resuspendieron en agua purificada. Se tomó una alícuota de nanopartículas (NP) obtenidas y se secó en estufa a 130º C hasta obtener un polvo. Se montó sobre una cinta de Carbono y se observó en el Microscopio electrónico de barrido (SEM) (Carl Zeiss Supra 40) del Laboratorio de Microscopía Avanzada de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad de Buenos Aires (Ver Fig.1).
Figura 1: NP de SiO2@ γ- Fe2O3 observadas en SEM del Centro de Microscopía de la FCEyN-UBA a 100.000 y 300.000 aumentos respectivamente.
Funcionalización de nanopartículas con
grupos carboxilos: la reaccion se llevo a cabo
en relación 1:1 NP: 3-aminopropiltrimetoxisilano 97% (APTES) (Sigma-Aldrich). El pellet obtenido se hizo reaccionar 12 hs en relación 1:1 con N,N-dimetilformamida 0.1 M (Merck), anhídrido succínico 1M en DMF y piridina (Merck). Las NP funcionalizadas con grupos carboxilos se lavaron en N,Ndimetilformamida, HCl 5% y agua purificada. Inmovilización de avidina: La reacción se llevó a cabo en una relación 1,5 mg NP: 800 µl clorhidrato de N-(3-dimetilaminopropil)-N-etilcarbodimida (EDC) 0.1 M (Sigma- Aldrich) en buffer fosfato 0.1 M pH 7.0: 80 µl de Nhidroxisuccinimida 98%(NHS) 25 mM en buffer fosfato 0.1M pH 7.0. Se dejó reaccionar por 30 minutos con agitación. Se lavó con buffer borato 0.1M pH 8.5. Al pellet se agrego un volumen de solución de avidina 1 mg/ml en buffer borato pH 8,5 para obtener una relación NP: avidina (1,5 mg: 0,063 mg). Se incubó a 4ºC por 12 horas. Obtención de aptámeros biotinizados: Fueron provistos por el Laboratorio de Neuro y Citogenética de la Escuela de Ciencia y Técnica de la Universidad de San Martín. Determinación de la capacidad de unión de las NP con avidina inmovilizada (NPavidina): se incubaron volúmenes (µl)
crecientes de NP-avidina con 5 µM en buffer
fosfato salino de aptámeros biotinizados y sin
biotinizar como control negativo. Se midió la
absorbancia a λ260 nm del sobrenadante obtenido
al separar magnéticamente el volumen de
reacción. Se calculó la pendiente de la recta
Concentración (ng/µl) DNA=fn Volumen (µl NP-
avidina).
Separación magnética de espermatozoides
apoptóticos utilizando las NP-avidina
obtenidas en pajuelas de semen de toros
criopreservadas: 700 µl de NP-avidina
lavadas con buffer fosfato salino se
resuspendieron en 500 µl del mismo buffer con
seroalbumina bovina 2 mg/ml. Se incubaron
150 µl de una solución de 100 µM de
aptámeros
biotinizados
previamente
desnaturalizados a 95°C con el semen
contenido en las pajuelas criopreservadas (500
µl) diluido 1:5 en buffer fosfato salino con
seroalbumina bovina 2 mg/ml y 300 µl de
colorante vital Hoescht 5 µg/ml a 37°C por 15
minutos. Se agregaron los 500 µl de NP-avidina
y se incubaron a 37°C por 15 minutos. Todo el
volumen de reacción se separó
magnéticamente. El sobrenadante se observó
entre cubre y portaobjeto al microscopio
invertido de epifluorescencia Olympus IX-71
Filtro U-MWU (BP 330-385). Cámara DP72.
Software DP2-BSW 100 x. (Ver Fig.2). Se
determinó el porcentaje de espermatozoides
viables y no viables en las muestras tratadas y
en una alícuota del semen diluido sin tratar.
Liofilización de las nanopartículas con
avidina inmovilizada obtenidas (NP-avidina):
700 µl de las NP-avidina obtenidas se lavaron
con buffer fosfato salino y se resuspendieron
en el mismo buffer con seroalbumina bovina 2
mg/ml. Esta suspensión se liofilizó en el
liofilizador marca Rificor Modelo L-I-E del
Centro INTI Cereales y Oleaginosas. El
liofilizado se reconstituyó con 500 µl de H2O
purificada.
RESULTADOS Se logró establecer que la capacidad de unión de aptámeros es de 2,67 ng/µl por cada µl de NP-avidina. Se determinó la relación óptima NP: avidina en la técnica de inmovilización de avidina que es de 1,5 mg: 0,063 mg respectivamente. Según los ensayos realizados con las NP-avidina obtenidas se estableció que la relación óptima de volúmenes de NPavidina:aptámeros:semen es de 1,4:0,3:1,0. Se utilizaron NP-avidina sin liofilizar y liofilizadas para determinar la capacidad de captura de espermatozoides apoptóticos en pajuelas de semen de toros criopreservadas.
Figura 2: Foto tomada con Microscopio Invertido de Epifluorescencia. Los espermatozoides apoptóticos se ven coloreados y los viables transparentes.
Las pajuelas utilizadas poseían alrededor de 50% de espermatozoides apoptóticos. Se compararon los resultados entre pajuelas de semen criopreservado tratadas con las NPavidina obtenidas liofilizadas y sin liofilizar. (Ver Gráfico 1). Para ambas condiciones se logró aumentar la cantidad de espermatozoides viables por encima del 60%.
Grafico 1: Separacion magnética de espermatozoides apoptóticos en pajuelas de toro criopreservadas. Las barras blancas corresponden al porcentaje de espermatozoides vivos en las muestras sin tratar y las barras negras al porcentaje de espermatozoides vivos en las muestras tratadas.
CONCLUSIONES Este método brinda la posibilidad de mejorar la actual tasa de fertilidad por inseminacion artificial lograda por los productores ganaderos utilizando pajuelas criopreservadas. Los resultados obtenidos permitieron aumentar el porcentaje de espermatozoides viables hasta valores mayores al 60% que las convierten en pajuelas más eficientes para éste método de fertilización. Estos valores resultaron ser superiores a los obtenidos con esferas comerciales (Streptavidin Magnesphere®) y similares a los obtenidos con las NP-avidina liofilizadas. Las NP-avidina liofilizadas ofrecen la ventaja de no requerir refrigeración para su conservación y un menor costo de producción.
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