از بازدید شما از Nature.com سپاسگزاریم.نسخه مرورگری که استفاده می کنید پشتیبانی محدودی از CSS دارد.برای بهترین تجربه، توصیه می کنیم از یک مرورگر به روز شده استفاده کنید (یا حالت سازگاری را در اینترنت اکسپلورر غیرفعال کنید).در عین حال، برای اطمینان از پشتیبانی مداوم، سایت را بدون استایل و جاوا اسکریپت ارائه می کنیم.
ناقل های ژنی برای درمان فیبروز کیستیک ریوی باید راه های هوایی رسانا را هدف قرار دهند، زیرا انتقال ریه محیطی هیچ اثر درمانی ندارد.کارایی انتقال ویروس به طور مستقیم با زمان اقامت حامل ارتباط دارد.با این حال، مایعات تحویل مانند حامل های ژن به طور طبیعی در حین استنشاق در آلوئول ها پخش می شوند و ذرات درمانی با هر شکلی به سرعت توسط انتقال مخاطی حذف می شوند.افزایش زمان اقامت حاملان ژن در دستگاه تنفسی مهم است اما دستیابی به آن دشوار است.ذرات مغناطیسی کونژوگه حامل که می توانند به سطح دستگاه تنفسی هدایت شوند می توانند هدف گیری منطقه ای را بهبود بخشند.به دلیل مشکلات مربوط به تصویربرداری درون تنی، رفتار چنین ذرات مغناطیسی کوچکی در سطح راه هوایی در حضور میدان مغناطیسی اعمال شده به خوبی درک نشده است.هدف از این مطالعه استفاده از تصویربرداری سینکروترون برای تجسم حرکت یک سری ذرات مغناطیسی در نای موش‌های بیهوش شده به منظور بررسی دینامیک و الگوهای رفتار ذرات تک و توده در داخل بدن بود.سپس ما همچنین ارزیابی کردیم که آیا تحویل ذرات مغناطیسی لنتی ویروسی در حضور میدان مغناطیسی، کارایی انتقال را در نای موش افزایش می‌دهد یا خیر.تصویربرداری اشعه ایکس سنکروترون رفتار ذرات مغناطیسی را در میدان های مغناطیسی ثابت و متحرک در شرایط آزمایشگاهی و درون تنی نشان می دهد.ذرات را نمی توان به راحتی با استفاده از آهنربا در سطح راه های هوایی زنده کشید، اما در حین حمل و نقل، رسوبات در میدان دید، جایی که میدان مغناطیسی قوی ترین است، متمرکز می شوند.وقتی ذرات مغناطیسی لنتی ویروسی در حضور میدان مغناطیسی تحویل داده شدند، راندمان انتقال نیز شش برابر افزایش یافت.روی هم رفته، این نتایج نشان می‌دهد که ذرات مغناطیسی لنتی ویروسی و میدان‌های مغناطیسی ممکن است رویکردهای ارزشمندی برای بهبود هدف‌گیری ناقل ژن و سطوح انتقال در مجاری هوایی رسانا در داخل بدن باشند.
فیبروز کیستیک (CF) به دلیل تغییرات در یک ژن منفرد به نام تنظیم کننده هدایت غشایی CF (CFTR) ایجاد می شود.پروتئین CFTR یک کانال یونی است که در بسیاری از سلول های اپیتلیال در سراسر بدن، از جمله راه های هوایی، محل اصلی پاتوژنز فیبروز کیستیک وجود دارد.نقص در CFTR منجر به انتقال غیر طبیعی آب، کم آبی سطح راه هوایی و کاهش عمق لایه مایع سطح راه هوایی (ASL) می شود.همچنین توانایی سیستم حمل و نقل مخاطی (MCT) را برای پاکسازی مجاری هوایی از ذرات استنشاقی و پاتوژن ها مختل می کند.هدف ما توسعه یک ژن درمانی لنتی ویروسی (LV) برای ارائه کپی صحیح از ژن CFTR و بهبود ASL، MCT، و سلامت ریه و ادامه توسعه فناوری های جدید است که می تواند این پارامترها را در داخل بدن اندازه گیری کند.
ناقل های LV یکی از نامزدهای پیشرو برای ژن درمانی فیبروز کیستیک هستند، عمدتاً به این دلیل که می توانند ژن درمانی را به طور دائم در سلول های پایه راه هوایی (سلول های بنیادی راه هوایی) ادغام کنند.این مهم است زیرا آنها می توانند هیدراتاسیون طبیعی و پاکسازی موکوس را با تمایز به سلول های عملکردی سطح راه هوایی اصلاح شده با ژن مرتبط با فیبروز کیستیک بازیابی کنند و در نتیجه مزایای مادام العمر را به همراه داشته باشند.وکتورهای LV باید در برابر راه های هوایی رسانا هدایت شوند، زیرا در اینجا درگیری ریه در CF آغاز می شود.انتقال ناقل به عمق ریه ممکن است منجر به انتقال آلوئولی شود، اما این امر هیچ اثر درمانی در فیبروز کیستیک ندارد.با این حال، مایعاتی مانند حامل های ژن به طور طبیعی هنگام استنشاق پس از زایمان به داخل آلوئول ها مهاجرت می کنند و ذرات درمانی به سرعت توسط MCT ها به داخل حفره دهان دفع می شوند.کارایی انتقال LV مستقیماً با مدت زمانی که وکتور در نزدیکی سلول های هدف باقی می ماند تا امکان جذب سلولی را فراهم کند - "زمان اقامت" 5 که به راحتی توسط جریان هوای منطقه ای معمولی و همچنین جذب هماهنگ موکوس و ذرات MCT کوتاه می شود، مرتبط است.برای فیبروز کیستیک، توانایی طولانی‌تر کردن زمان اقامت LV در راه‌های هوایی برای دستیابی به سطوح بالای انتقال در این ناحیه مهم است، اما تاکنون چالش‌برانگیز بوده است.
برای غلبه بر این مانع، ما پیشنهاد می کنیم که ذرات مغناطیسی LV (MPs) می توانند به دو روش مکمل کمک کنند.اول، آنها را می توان توسط یک آهنربا به سطح راه هوایی هدایت کرد تا هدف گیری را بهبود بخشد و به ذرات حامل ژن کمک کند تا در ناحیه مناسب راه هوایی قرار گیرند.و ASL) به لایه سلولی 6 منتقل می شوند. MPs به طور گسترده به عنوان وسیله نقلیه دارورسانی هدفمند استفاده می شود زمانی که به آنتی بادی ها، داروهای شیمی درمانی یا مولکول های کوچک دیگری که به غشای سلولی متصل می شوند یا به گیرنده های سطح سلولی مربوطه متصل می شوند و در محل های تومور تجمع می یابند. وجود الکتریسیته ساکنمیدان‌های مغناطیسی برای درمان سرطان 7. سایر روش‌های «هیپرترمیک» با هدف کشتن سلول‌های تومور از طریق گرم کردن MPs هنگام قرار گرفتن در معرض میدان‌های مغناطیسی نوسانی هستند.اصل ترانسفکشن مغناطیسی، که در آن از میدان مغناطیسی به عنوان عامل ترانسفکشن برای افزایش انتقال DNA به سلول ها استفاده می شود، معمولاً در شرایط آزمایشگاهی با استفاده از طیف وسیعی از ناقل های ژن غیر ویروسی و ویروسی برای رده های سلولی با انتقال سخت استفاده می شود. ..کارآیی انتقال مغناطیسی LV با تحویل MP LV در شرایط آزمایشگاهی به رده سلولی اپیتلیوم برونش انسان در حضور میدان مغناطیسی ساکن ثابت شد، و کارایی انتقال را 186 برابر در مقایسه با وکتور LV به تنهایی افزایش داد.LV MT همچنین برای یک مدل آزمایشگاهی فیبروز کیستیک استفاده شده است، که در آن ترانسفکشن مغناطیسی انتقال LV را در فرهنگ های رابط هوا-مایع با ضریب 20 در حضور خلط فیبروز کیستیک افزایش داد.با این حال، انتقال مغناطیسی اندام in vivo توجه نسبتا کمی را به خود جلب کرده است و تنها در چند مطالعه حیوانی مورد ارزیابی قرار گرفته است.با این حال، احتمال ترانسفکشن مغناطیسی در ریه درمانی در فیبروز کیستیک واضح است.تان و همکاران(2020) اظهار داشت که "مطالعه اعتبار سنجی بر روی تحویل ریوی موثر نانوذرات مغناطیسی راه را برای استراتژی های استنشاقی CFTR آینده برای بهبود نتایج بالینی در بیماران مبتلا به فیبروز کیستیک هموار می کند."
تجسم و مطالعه رفتار ذرات مغناطیسی کوچک بر روی سطح دستگاه تنفسی در حضور میدان مغناطیسی اعمال شده دشوار است و بنابراین درک آنها ضعیف است.در مطالعات دیگر، ما یک روش تصویربرداری پرتو ایکس کنتراست فاز مبتنی بر انتشار سنکروترون (PB-PCXI) را برای تصویربرداری غیرتهاجمی و تعیین کمیت تغییرات in vivo دقیقه در عمق ASL18 و رفتار MCT19، 20 برای اندازه‌گیری مستقیم هیدراتاسیون سطح کانال گاز ایجاد کرده‌ایم. و به عنوان شاخص اولیه اثربخشی درمان استفاده می شود.علاوه بر این، روش امتیازدهی MCT ما از ذرات با قطر 10 تا 35 میکرومتر متشکل از آلومینا یا شیشه با ضریب شکست بالا به عنوان نشانگرهای MCT قابل مشاهده با PB-PCXI21 استفاده می‌کند.هر دو روش برای تصویربرداری طیفی از انواع ذرات، از جمله MPs مناسب هستند.
به دلیل وضوح مکانی و زمانی بالا، سنجش‌های ASL و MCT مبتنی بر PB-PCXI ما برای مطالعه دینامیک و الگوهای رفتاری ذرات تک و حجیم در داخل بدن مناسب هستند تا به ما در درک و بهینه‌سازی روش‌های تحویل ژن MP کمک کنند.رویکردی که ما در اینجا استفاده می‌کنیم مبتنی بر مطالعات ما با استفاده از خط پرتو SPring-8 BL20B2 است، که در آن ما حرکت مایع را پس از تحویل دوز یک وکتور ساختگی به مجاری هوایی بینی و ریوی موش‌ها برای کمک به توضیح الگوهای بیان ژن ناهمگن مشاهده‌شده مشاهده کردیم. در ژن مامطالعات حیوانی با دوز حامل 3.4.
هدف از این مطالعه استفاده از سنکروترون PB-PCXI برای تجسم حرکات in vivo یک سری MPs در نای موش‌های صحرایی زنده بود.این مطالعات تصویربرداری PB-PCXI برای آزمایش سری MP، قدرت میدان مغناطیسی و مکان برای تعیین تأثیر آنها بر حرکت MP طراحی شده است.ما فرض کردیم که یک میدان مغناطیسی خارجی به MF تحویل‌شده کمک می‌کند بماند یا به منطقه هدف حرکت کند.این مطالعات همچنین به ما اجازه دادند تا پیکربندی های آهنربایی را تعیین کنیم که میزان ذرات باقی مانده در نای را پس از رسوب به حداکثر می رساند.در سری دوم مطالعات، هدف ما استفاده از این پیکربندی بهینه برای نشان دادن الگوی انتقال حاصل از تحویل in vivo LV-MPs به راه‌های هوایی موش بود، با این فرض که تحویل LV-MPs در زمینه هدف‌گیری راه هوایی منجر می‌شود. در افزایش راندمان انتقال LV..
تمام مطالعات حیوانی مطابق با پروتکل‌های تایید شده توسط دانشگاه آدلاید (M-2019-060 و M-2020-022) و کمیته اخلاقی حیوانات سنکروترون SPring-8 انجام شد.آزمایش ها مطابق با توصیه های ARRIVE انجام شد.
همه تصاویر اشعه ایکس در خط پرتو BL20XU در سنکروترون SPring-8 در ژاپن با استفاده از تنظیماتی مشابه آنچه که قبلا توضیح داده شد گرفته شد.به طور خلاصه، جعبه آزمایشی در 245 متری حلقه ذخیره سازی سنکروترون قرار داشت.فاصله نمونه تا آشکارساز 0.6 متر برای مطالعات تصویربرداری ذرات و 0.3 متر برای مطالعات تصویربرداری in vivo برای ایجاد اثرات کنتراست فاز استفاده می شود.یک پرتو تک رنگ با انرژی 25 کو استفاده شد.تصاویر با استفاده از یک مبدل اشعه ایکس با وضوح بالا (SPring-8 BM3) همراه با یک آشکارساز sCMOS به دست آمد.مبدل اشعه ایکس را با استفاده از یک سوسوزن ضخامت 10 میکرومتر (Gd3Al2Ga3O12) به نور مرئی تبدیل می کند، که سپس با استفاده از یک شیء میکروسکوپ ×10 (NA 0.3) به حسگر sCMOS هدایت می شود.آشکارساز sCMOS یک Orca-Flash4.0 (Hamamatsu Photonics، ژاپن) با اندازه آرایه 2048 × 2048 پیکسل و اندازه پیکسل خام 6.5 × 6.5 میکرومتر بود.این تنظیم اندازه پیکسل ایزوتروپیک موثر 0.51 میکرومتر و میدان دید تقریباً 1.1 × 1.1 میلی متر را ارائه می دهد.مدت زمان قرار گرفتن در معرض 100 میلی ثانیه برای به حداکثر رساندن نسبت سیگنال به نویز ذرات مغناطیسی در داخل و خارج مجاری هوایی و در عین حال به حداقل رساندن مصنوعات حرکتی ناشی از تنفس انتخاب شد.برای مطالعات in vivo، یک شاتر پرتو ایکس سریع در مسیر اشعه ایکس قرار داده شد تا با مسدود کردن پرتو اشعه ایکس بین نوردهی، دوز تابش را محدود کند.
رسانه LV در هیچ یک از مطالعات تصویربرداری SPring-8 PB-PCXI استفاده نشد زیرا اتاق تصویربرداری BL20XU دارای گواهی ایمنی زیستی سطح 2 نیست.درعوض، ما طیف وسیعی از MPs با ویژگی‌های خوب را از دو فروشنده تجاری انتخاب کردیم که طیف وسیعی از اندازه‌ها، مواد، غلظت آهن و کاربردها را پوشش می‌دهند - ابتدا برای اینکه بفهمیم چگونه میدان‌های مغناطیسی بر حرکت MPs در مویرگ‌های شیشه‌ای تأثیر می‌گذارند و سپس در راه های هوایی زندهسطحاندازه MP از 0.25 تا 18 میکرومتر متغیر است و از مواد مختلفی ساخته شده است (جدول 1 را ببینید)، اما ترکیب هر نمونه، از جمله اندازه ذرات مغناطیسی در MP، ناشناخته است.بر اساس مطالعات گسترده MCT ما 19، 20، 21، 23، 24، ما انتظار داریم که MPs تا 5 میکرومتر را می توان در سطح راه هوایی تراشه مشاهده کرد، به عنوان مثال، با کم کردن فریم های متوالی برای مشاهده بهبود دید حرکت MP.یک مگاپیکسل منفرد 0.25 میکرومتر از وضوح دستگاه تصویربرداری کوچکتر است، اما انتظار می رود PB-PCXI کنتراست حجمی آنها و حرکت مایع سطحی را که بر روی آن رسوب می کنند پس از رسوب گذاری تشخیص دهد.
نمونه برای هر MP در جدول.1 در مویرگ های شیشه ای 20 میکرولیتری (Drummond Microcaps، PA، USA) با قطر داخلی 0.63 میلی متر تهیه شد.ذرات Corpuscular در آب در دسترس هستند، در حالی که ذرات CombiMag در مایع اختصاصی سازنده موجود است.هر لوله تا نیمه با مایع پر می شود (تقریبا 11 میکرولیتر) و روی نگهدارنده نمونه قرار می گیرد (شکل 1 را ببینید).مویرگ های شیشه ای به ترتیب به صورت افقی روی صحنه در اتاق تصویربرداری قرار گرفتند و در لبه های مایع قرار گرفتند.یک آهنربای پوسته نیکل با قطر 19 میلی متر (طول 28 میلی متر) ساخته شده از خاک کمیاب، نئودیمیم، آهن و بور (NdFeB) (N35، شماره cat. LM1652، Jaycar Electronics، استرالیا) با باقیمانده 1.17 T به یک متصل شد. جدول انتقال جداگانه برای دستیابی به تغییر موقعیت خود از راه دور در طول رندر.تصویربرداری اشعه ایکس زمانی شروع می شود که آهنربا تقریباً 30 میلی متر بالاتر از نمونه قرار می گیرد و تصاویر با سرعت 4 فریم در ثانیه به دست می آیند.در طول تصویربرداری، آهنربا به لوله مویین شیشه ای نزدیک شد (در فاصله حدود 1 میلی متر) و سپس در امتداد لوله حرکت کرد تا اثر قدرت میدان و موقعیت آن ارزیابی شود.
یک تنظیم تصویربرداری آزمایشگاهی حاوی نمونه‌های MP در مویرگ‌های شیشه‌ای در مرحله ترجمه نمونه xy.مسیر پرتو اشعه ایکس با یک خط نقطه قرمز مشخص شده است.
هنگامی که قابلیت مشاهده در شرایط آزمایشگاهی MPs ایجاد شد، زیر مجموعه ای از آنها در داخل بدن بر روی موش های صحرایی ماده وحشی آلبینو ویستار (حدود 12 هفته، ~ 200 گرم) آزمایش شد.مدتومیدین 0.24 mg/kg (Domitor®، Zenoaq، ژاپن)، میدازولام 3.2 mg/kg (Dormicum®، Astellas Pharma، ژاپن) و بوتورفانول 4 mg/kg (Vetorphale®، Meiji Seika).موش ها با مخلوط فارما (ژاپن) با تزریق داخل صفاقی بیهوش شدند.پس از بیهوشی، با برداشتن خز اطراف نای، قرار دادن یک لوله داخل تراشه (ET; 16 Ga intravenous cannula، Terumo BCT) و بی حرکت کردن آنها در وضعیت خوابیده بر روی یک صفحه تصویربرداری سفارشی که حاوی کیسه حرارتی بود، برای تصویربرداری آماده شدند. برای حفظ دمای بدن22. سپس صفحه تصویربرداری با زاویه کمی به مرحله نمونه در جعبه تصویربرداری متصل شد تا نای به صورت افقی بر روی تصویر اشعه ایکس مطابق شکل 2a نشان داده شود.
(الف) تنظیم تصویربرداری درون تنی در واحد تصویربرداری SPring-8، مسیر پرتو ایکس با خط نقطه‌بندی قرمز مشخص شده است.(ب، ج) محلی سازی آهنربای تراشه از راه دور با استفاده از دو دوربین IP که به صورت متعامد نصب شده بودند انجام شد.در سمت چپ تصویر روی صفحه، حلقه سیم نگهدارنده سر و کانول تحویل نصب شده در داخل لوله ET را مشاهده می کنید.
یک سیستم پمپ سرنگ کنترل از راه دور (UMP2، World Precision Instruments، Sarasota، FL) با استفاده از یک سرنگ شیشه ای 100 میکرولیتری به یک لوله PE10 (0.61 میلی متر OD، 0.28 میلی متر ID) با استفاده از یک سوزن 30 Ga متصل شد.هنگام قرار دادن لوله داخل تراشه، لوله را علامت گذاری کنید تا مطمئن شوید که نوک آن در موقعیت صحیح نای قرار دارد.با استفاده از میکروپمپ، پیستون سرنگ برداشته شد و نوک لوله در نمونه MP غوطه ور شد تا تحویل داده شود.سپس لوله تحویل بارگذاری شده در لوله داخل تراشه قرار داده شد و نوک آن در قوی ترین قسمت میدان مغناطیسی مورد انتظار ما قرار گرفت.گرفتن تصویر با استفاده از یک آشکارساز تنفس متصل به جعبه زمان‌بندی مبتنی بر آردوینو کنترل می‌شد، و همه سیگنال‌ها (به عنوان مثال، دما، تنفس، باز کردن/بستن شاتر و گرفتن تصویر) با استفاده از Powerlab و LabChart (AD Instruments، سیدنی، استرالیا) ضبط شدند. 22 هنگام تصویربرداری هنگامی که محفظه در دسترس نبود، دو دوربین IP (Panasonic BB-SC382) تقریباً در 90 درجه نسبت به یکدیگر قرار گرفتند و برای کنترل موقعیت آهنربا نسبت به نای در طول تصویربرداری مورد استفاده قرار گرفتند (شکل 2b، c).برای به حداقل رساندن مصنوعات حرکتی، یک تصویر در هر نفس در طول فلات جریان تنفسی انتهایی به دست آمد.
آهنربا به مرحله دوم متصل است که ممکن است از راه دور در قسمت بیرونی بدنه تصویربرداری قرار گیرد.موقعیت ها و پیکربندی های مختلفی از آهنربا مورد آزمایش قرار گرفت، از جمله: قرار گرفتن در زاویه تقریبا 30 درجه بالای نای (پیکربندی ها در شکل های 2a و 3a نشان داده شده است).یک آهنربا در بالای حیوان و دیگری در زیر، با قطب های تنظیم شده برای جذب (شکل 3b).یک آهنربا در بالای حیوان و یکی در زیر، با قطبهای تنظیم شده برای دفع (شکل 3c) و یک آهنربا در بالا و عمود بر نای (شکل 3d).پس از تنظیم حیوان و آهنربا و بارگیری MP تحت آزمایش در پمپ سرنگ، دوز 50 میکرولیتر را با سرعت 4 میکرولیتر بر ثانیه پس از گرفتن تصاویر تحویل دهید.سپس آهنربا در امتداد یا در سراسر نای به جلو و عقب حرکت می کند و در عین حال به گرفتن تصاویر ادامه می دهد.
پیکربندی آهنربا برای تصویربرداری درون تنی (الف) یک آهنربا بالای نای با زاویه تقریباً 30 درجه، (ب) دو آهنربا برای جذب پیکربندی شده اند، (ج) دو آهنربا برای دافعه پیکربندی شده اند، (د) یک آهنربا در بالا و عمود بر نایناظر از دهان به سمت ریه ها از طریق نای به پایین نگاه کرد و پرتو اشعه ایکس از سمت چپ موش عبور کرد و از سمت راست خارج شد.آهنربا یا در طول راه هوایی یا به چپ و راست بالای نای در جهت پرتو اشعه ایکس حرکت می کند.
ما همچنین به دنبال تعیین دید و رفتار ذرات در مجاری هوایی در غیاب مخلوط شدن تنفس و ضربان قلب بودیم.بنابراین، در پایان دوره تصویربرداری، حیوانات به دلیل مصرف بیش از حد پنتوباربیتال (Somnopentyl، Pitman-Moore، Washington Crossing، ایالات متحده؛ ~65 mg/kg درون صفاقی) به طور انسانی کشته شدند.برخی از حیوانات روی سکوی تصویربرداری رها شدند و پس از قطع تنفس و ضربان قلب، فرآیند تصویربرداری تکرار شد و اگر MP در سطح راه هوایی قابل مشاهده نبود، یک دوز اضافی MP به آن اضافه شد.
تصاویر به دست آمده برای میدان صاف و تاریک تصحیح شدند و سپس با استفاده از یک اسکریپت سفارشی نوشته شده در MATLAB (R2020a، The Mathworks) در یک فیلم (20 فریم در ثانیه؛ 15-25 × سرعت نرمال بسته به میزان تنفس) مونتاژ شدند.
تمام مطالعات بر روی تحویل ناقل ژن LV در مرکز تحقیقات حیوانات آزمایشگاهی دانشگاه آدلاید انجام شد و با هدف استفاده از نتایج آزمایش SPring-8 برای ارزیابی اینکه آیا تحویل LV-MP در حضور میدان مغناطیسی می‌تواند انتقال ژن را در داخل بدن افزایش دهد، انجام شد. .برای ارزیابی اثرات MF و میدان مغناطیسی، دو گروه از حیوانات تحت درمان قرار گرفتند: یک گروه LV MF با قرار دادن آهنربا، و گروه دیگر با یک گروه کنترل با LV MF بدون آهنربا تزریق شد.
وکتورهای ژن LV با استفاده از روش‌های 25 و 26 که قبلاً توضیح داده شد، تولید شده‌اند.وکتور LacZ یک ژن بتا-گالاکتوزیداز موضعی هسته ای را بیان می کند که توسط پروموتر سازنده MPSV (LV-LacZ) هدایت می شود، که محصول واکنش آبی رنگ را در سلول های ترانسدود شده تولید می کند که در قسمت های جلو و بخش های بافت ریه قابل مشاهده است.تیتراسیون در کشت های سلولی با شمارش دستی تعداد سلول های LacZ مثبت با استفاده از هموسیتومتر برای محاسبه تیتر بر حسب TU/ml انجام شد.حامل ها در دمای 80- درجه سانتیگراد انجماد می شوند، قبل از استفاده ذوب می شوند و با مخلوط کردن 1:1 و انکوباسیون روی یخ حداقل 30 دقیقه قبل از تحویل به CombiMag متصل می شوند.
موش‌های معمولی Sprague Dawley (n = 3/گروه، ~2-3 داخل صفاقی بیهوش شده با مخلوطی از 0.4mg/kg مدتومیدین (Domitor، Ilium، استرالیا) و 60mg/kg کتامین (Ilium، استرالیا) در سن 1 ماهگی) IP ) کانولاسیون خوراکی تزریقی و غیر جراحی با کانول وریدی 16 Ga.برای اطمینان از اینکه بافت راه هوایی تراشه انتقال LV را دریافت می کند، با استفاده از پروتکل اغتشاش مکانیکی که قبلاً توضیح داده شد، شرطی شد که در آن سطح راه هوایی تراشه به صورت محوری با یک سبد سیمی مالیده شد (N-Circle، استخراج کننده سنگ نیتینول بدون نوک NTSE-022115) -UDH. Cook Medical, USA) 30 p28.سپس حدود 10 دقیقه پس از اغتشاش در کابین ایمنی زیستی، تزریق LV-MP از طریق نای انجام شد.
میدان مغناطیسی مورد استفاده در این آزمایش به طور مشابه با مطالعه اشعه ایکس درون تنی پیکربندی شد، با همان آهنرباها با گیره های استنت تقطیر روی نای نگه داشته شدند (شکل 4).حجم 50 میکرولیتر (2 × 25 میکرولیتر) از LV-MP با استفاده از یک پیپت با نوک ژل همانطور که قبلاً توضیح داده شد به نای (3 حیوان) تحویل داده شد.گروه کنترل (n = 3 حیوان) همان LV-MP را بدون استفاده از آهنربا دریافت کردند.پس از اتمام انفوزیون، کانولا از لوله داخل تراشه خارج شده و حیوان خارج می شود.آهنربا به مدت 10 دقیقه قبل از برداشتن در جای خود باقی می ماند.موش‌ها به‌صورت زیر جلدی با ملوکسیکام (1 میلی‌لیتر/کیلوگرم) (ایلیوم، استرالیا) به دنبال قطع بیهوشی با تزریق داخل صفاقی 1 میلی‌گرم بر کیلوگرم آتیپامازول هیدروکلراید (Antisedan، Zoetis، استرالیا) تجویز شدند.موش ها تا زمان بهبودی کامل از بیهوشی گرم نگه داشته شدند و تحت نظر قرار گرفتند.
دستگاه تحویل LV-MP در یک کابینت ایمنی بیولوژیکی.می بینید که آستین لوئر-لاک خاکستری روشن لوله ET از دهان بیرون می زند و نوک پیپت ژل که در شکل نشان داده شده است از طریق لوله ET تا عمق مورد نظر وارد نای می شود.
یک هفته پس از روش تجویز LV-MP، حیوانات با استنشاق 100٪ CO2 قربانی انسانی شدند و بیان LacZ با استفاده از درمان استاندارد X-gal ما ارزیابی شد.سه حلقه غضروف دمی برای اطمینان از اینکه هرگونه آسیب مکانیکی یا احتباس مایع ناشی از قرار دادن لوله داخل تراشه در آنالیز لحاظ نمی شود، برداشته شد.هر نای از طول بریده شد تا دو نیمه برای تجزیه و تحلیل به دست آید و در یک فنجان حاوی لاستیک سیلیکونی (Sylgard, Dow Inc) با استفاده از یک سوزن Minutien (Fine Science Tools) برای تجسم سطح مجرا قرار داده شد.توزیع و ویژگی سلول‌های تبدیل‌شده با عکاسی از جلو با استفاده از میکروسکوپ نیکون (SMZ1500) با دوربین DigiLite و نرم‌افزار TCapture (Tucsen Photonics، چین) تأیید شد.تصاویر با بزرگنمایی 20 برابر (شامل حداکثر تنظیم برای عرض کامل نای)، با تمام طول نای به صورت گام به گام نمایش داده می‌شوند و همپوشانی کافی بین هر تصویر را فراهم می‌کند تا امکان «دوختن» تصاویر فراهم شود.سپس تصاویر هر نای با استفاده از ویرایشگر تصویر ترکیبی نسخه 2.0.3 (Microsoft Research) با استفاده از الگوریتم حرکت مسطح در یک تصویر ترکیبی ترکیب شدند. ناحیه بیان LacZ در تصاویر ترکیبی نای از هر حیوان با استفاده از اسکریپت MATLAB خودکار (R2020a، MathWorks) همانطور که قبلاً توضیح داده شد، با استفاده از تنظیمات 0.35 < Hue < 0.58، Saturation > 0.15، و Value < 0.7 کمی سازی شد. ناحیه بیان LacZ در تصاویر ترکیبی نای از هر حیوان با استفاده از اسکریپت MATLAB خودکار (R2020a، MathWorks) همانطور که قبلاً توضیح داده شد، با استفاده از تنظیمات 0.35 <Hue <0.58، Saturation> 0.15، و Value <0.7 کمی سازی شد. محتوای LacZ در اجزای تشکیل دهنده ایزوبراژنیایه ها از هر گونه حیاتی است که مشخص شده است با استفاده از صحنه فیلمبرداری MATLAB (R2020a, MathWorks), <1,0,00,00,00,00:00 ، 7. ناحیه بیان LacZ در تصاویر کامپوزیتی نای از هر حیوان با استفاده از اسکریپت MATLAB خودکار (R2020a، MathWorks) همانطور که قبلاً توضیح داده شد28 با استفاده از تنظیمات 0.35 اندازه‌گیری شد.0.15 و مقدار<0.7.如前所述，使用自动MATLAB 脚本（R2020a，MathWorks）对来自每只动物的气管复合图像中的LacZ 表达区域进行量化，使用0.35 < 色调< 0.58、饱和度> 0.15 和值< 0.7 的设置。如 前所 ， ， 自动 自动 matlab 脚本 （（（（r2020a ， mathworks） 来自 只 的 气管 复合 图像 的 的 的 ， ， 使用 使用 使用 使用 使用 使用 使用 使用 使用 使用 使用 使用 <0.58 、> 0.15 和值 <0.7 的 。。。。。 。。。。。 。。。。。 。。。。。 。。。。。 。。。。。 。。。。。 。。。。。 。。。。。 .. .. انتشار экспрессии LacZ در ساختارنых ایزوبراژنیه‌های تره‌های هر گونه حیاتی با استفاده از صحنه‌های MATLAB (R2020a، MathWorks)، با استفاده از صحنه‌های MATLAB (R2020a، MathWorks)، با استفاده از آن . مناطق بیان LacZ روی تصاویر ترکیبی نای هر حیوان با استفاده از اسکریپت MATLAB خودکار (R2020a، MathWorks) همانطور که قبلاً با استفاده از تنظیمات 0.35 < رنگ < 0.58، اشباع > 0.15 و مقدار < 0.7 توضیح داده شد، کمی سازی شد.با ردیابی خطوط بافت در GIMP نسخه 2.10.24، یک ماسک به صورت دستی برای هر تصویر کامپوزیت ایجاد شد تا ناحیه بافت را شناسایی کند و از هرگونه تشخیص نادرست خارج از بافت نای جلوگیری کند.نواحی رنگ‌آمیزی از تمام تصاویر ترکیبی از هر حیوان جمع‌بندی شد تا کل منطقه رنگ‌آمیزی آن حیوان به دست آید.سپس ناحیه رنگ شده بر مساحت کل ماسک تقسیم شد تا یک ناحیه نرمال شده به دست آید.
هر نای در پارافین قرار گرفت و برش به ضخامت 5 میکرومتر برش داده شد.برش ها به مدت 5 دقیقه با قرمز تند خنثی رنگ آمیزی شدند و تصاویر با استفاده از میکروسکوپ Nikon Eclipse E400، دوربین DS-Fi3 و نرم افزار ضبط المان NIS (نسخه 20.00.5) به دست آمد.
تمام تجزیه و تحلیل های آماری در GraphPad Prism v9 (GraphPad Software, Inc.) انجام شد.معنی‌داری آماری 05/0 ≤ p تعیین شد.نرمال بودن با استفاده از آزمون Shapiro-Wilk مورد آزمایش قرار گرفت و تفاوت در رنگ‌آمیزی LacZ با استفاده از آزمون t-paired ارزیابی شد.
شش MP توصیف شده در جدول 1 توسط PCXI مورد بررسی قرار گرفتند و قابلیت رویت در جدول 2 توضیح داده شده است. (نمونه هایی در شکل 5 نشان داده شده است).MP3 و MP4 ضعیف قابل مشاهده هستند (10-15٪ Fe3O4؛ 0.25 میکرومتر و 0.9 میکرومتر، به ترتیب).اگرچه MP5 (98٪ Fe3O4؛ 0.25 میکرومتر) حاوی برخی از کوچکترین ذرات آزمایش شده بود، اما بارزترین آن بود.تشخیص محصول CombiMag MP6 دشوار است.در همه موارد، توانایی ما برای تشخیص MFs با حرکت آهنربا به موازات مویرگ به جلو و عقب بسیار بهبود یافته است.با دور شدن آهنرباها از مویرگ، ذرات در زنجیره های بلند بیرون کشیده شدند، اما با نزدیک شدن آهنرباها و افزایش قدرت میدان مغناطیسی، زنجیره های ذرات با مهاجرت ذرات به سمت سطح بالایی مویرگ کوتاه شدند (به ویدیوی تکمیلی S1 مراجعه کنید. : MP4)، افزایش چگالی ذرات در سطح.برعکس، هنگامی که آهنربا از مویرگ خارج می شود، قدرت میدان کاهش می یابد و MPs دوباره به زنجیره های بلندی که از سطح بالایی مویرگ امتداد می یابد، مرتب می شوند (به ویدیوی تکمیلی S2: MP4 مراجعه کنید).پس از توقف حرکت آهنربا، ذرات پس از رسیدن به موقعیت تعادل مدتی به حرکت خود ادامه می دهند.همانطور که MP به سمت و دور از سطح بالایی مویرگ حرکت می کند، ذرات مغناطیسی تمایل دارند زباله ها را از طریق مایع بکشند.
دید MP تحت PCXI به طور قابل توجهی بین نمونه ها متفاوت است.(الف) MP3، (ب) MP4، (ج) MP5 و (د) MP6.تمام تصاویر نشان داده شده در اینجا با یک آهنربا که تقریباً 10 میلی متر در بالای مویرگ قرار دارد گرفته شده است.دایره های بزرگ ظاهری حباب های هوا هستند که در مویرگ ها به دام افتاده اند و به وضوح ویژگی های لبه سیاه و سفید تصویر کنتراست فاز را نشان می دهند.کادر قرمز نشان دهنده بزرگنمایی است که کنتراست را افزایش می دهد.توجه داشته باشید که قطر مدارهای آهنربا در همه شکل ها مقیاس نیست و تقریباً 100 برابر بزرگتر از آنچه نشان داده شده است.
همانطور که آهنربا در امتداد بالای مویرگ به چپ و راست حرکت می کند، زاویه رشته MP تغییر می کند تا با آهنربا هماهنگ شود (شکل 6 را ببینید)، بنابراین خطوط میدان مغناطیسی را مشخص می کند.برای MP3-5، پس از رسیدن آکورد به زاویه آستانه، ذرات در امتداد سطح بالایی مویرگ می‌کشند.این اغلب منجر به خوشه‌بندی MPs به گروه‌های بزرگ‌تر در نزدیکی جایی که میدان مغناطیسی قوی‌تر است می‌شود (به ویدیوی تکمیلی S3: MP5 مراجعه کنید).این امر به ویژه هنگام تصویربرداری نزدیک به انتهای مویرگ مشهود است، که باعث می شود MP در رابط مایع-هوا جمع و متمرکز شود.ذرات موجود در MP6، که تشخیص آنها سخت تر از MP3-5 بود، هنگامی که آهنربا در امتداد مویرگ حرکت می کرد، نمی کشید، اما رشته های MP از هم جدا شدند و ذرات را در معرض دید قرار دادند (به ویدیوی تکمیلی S4: MP6 مراجعه کنید).در برخی موارد، زمانی که میدان مغناطیسی اعمال شده با حرکت آهنربا به فاصله طولانی از محل تصویربرداری کاهش می‌یابد، هر MP باقیمانده به آرامی در اثر گرانش به سطح پایین لوله فرود می‌آید و در رشته باقی می‌ماند (به ویدیوی تکمیلی S5 مراجعه کنید: MP3). .
با حرکت آهنربا به سمت راست بالای مویرگ، زاویه رشته MP تغییر می کند.(الف) MP3، (ب) MP4، (ج) MP5 و (د) MP6.کادر قرمز نشان دهنده بزرگنمایی است که کنتراست را افزایش می دهد.لطفاً توجه داشته باشید که ویدیوهای اضافی برای مقاصد اطلاعاتی هستند زیرا ساختار ذرات مهم و اطلاعات دینامیکی را نشان می دهند که در این تصاویر ثابت قابل مشاهده نیستند.
آزمایش‌های ما نشان داده‌اند که حرکت آهن‌ربا به جلو و عقب به آرامی در امتداد نای، تجسم MF را در زمینه حرکت پیچیده در داخل بدن تسهیل می‌کند.هیچ آزمایش in vivo انجام نشد زیرا دانه های پلی استایرن (MP1 و MP2) در مویرگ قابل مشاهده نبودند.هر یک از چهار MF باقی مانده در داخل بدن با محور طولانی آهنربا که بر روی نای با زاویه حدود 30 درجه نسبت به عمودی قرار گرفته بود آزمایش شد (شکل 2b و 3a را ببینید)، زیرا این منجر به زنجیره های MF طولانی تر شد و موثرتر بود. از یک آهنربا.پیکربندی پایان یافتMP3، MP4 و MP6 در نای هیچ حیوان زنده ای یافت نشده است.هنگام تجسم مجرای تنفسی موش‌ها پس از کشتن انسان‌دوستانه حیوانات، ذرات نامرئی باقی می‌مانند حتی زمانی که حجم اضافی با استفاده از پمپ سرنگ اضافه می‌شد.MP5 بالاترین محتوای اکسید آهن را داشت و تنها ذره قابل مشاهده بود، بنابراین برای ارزیابی و توصیف رفتار MP در داخل بدن استفاده شد.
قرار دادن آهنربا بر روی نای در حین جاگذاری MF منجر به متمرکز شدن بسیاری از MFها، اما نه همه آنها در میدان دید شد.ورود ذرات به نای به بهترین وجه در حیواناتی که به روش انسانی کشته شده اند مشاهده می شود.شکل 7 و ویدیوی تکمیلی S6: MP5 جذب مغناطیسی سریع و همسویی ذرات روی سطح نای شکمی را نشان می‌دهد، که نشان می‌دهد MPs را می‌توان به مناطق مورد نظر نای هدف قرار داد.هنگام جستجوی دیستال‌تر در امتداد نای پس از تحویل MF، برخی از MF‌ها نزدیک‌تر به کارینا یافت شدند، که نشان‌دهنده قدرت میدان مغناطیسی ناکافی برای جمع‌آوری و نگهداری همه MFها است، زیرا آنها از طریق ناحیه حداکثر قدرت میدان مغناطیسی در طول تجویز مایع تحویل داده شدند.روند.با این حال، غلظت MP پس از تولد در اطراف ناحیه تصویر بالاتر بود، که نشان می دهد بسیاری از MPs در مناطق راه هوایی که در آن قدرت میدان مغناطیسی اعمال شده بالاترین بود، باقی می مانند.
تصاویر (الف) قبل و (ب) پس از تحویل MP5 به نای موش صحرایی که اخیراً معدوم شده است با آهنربایی که درست بالای ناحیه تصویربرداری قرار داده شده است.ناحیه تصویر شده بین دو حلقه غضروفی قرار دارد.قبل از تحویل MP مقداری مایع در راه های هوایی وجود دارد.کادر قرمز نشان دهنده بزرگنمایی است که کنتراست را افزایش می دهد.این تصاویر از ویدیوی ارائه شده در S6 گرفته شده است: MP5 Supplementary Video.
حرکت آهنربا در امتداد نای در داخل بدن منجر به تغییر در زاویه زنجیره MP در سطح راه هوایی شد، مشابه آنچه در مویرگ ها مشاهده می شود (شکل 8 و ویدیوی تکمیلی S7: MP5 را ببینید).با این حال، در مطالعه ما، MPs نمی تواند در امتداد سطح مجاری تنفسی زنده کشیده شود، همانطور که مویرگ ها می توانند انجام دهند.در برخی موارد، با حرکت آهنربا به چپ و راست، زنجیره MP طولانی می شود.جالب توجه است، ما همچنین دریافتیم که زنجیره ذره، عمق لایه سطحی سیال را هنگامی که آهنربا به صورت طولی در امتداد نای حرکت می‌کند، تغییر می‌دهد و زمانی که آهنربا مستقیماً بالای سر حرکت می‌کند و زنجیره ذره به حالت عمودی می‌چرخد، منبسط می‌شود (نگاه کنید به ویدیوی تکمیلی S7).: MP5 در 0:09، پایین سمت راست).الگوی حرکت مشخصه زمانی تغییر کرد که آهنربا به صورت جانبی در بالای نای (یعنی به سمت چپ یا راست حیوان، به جای طول نای) حرکت کرد.ذرات هنوز در طول حرکت خود به وضوح قابل مشاهده بودند، اما هنگامی که آهنربا از نای خارج شد، نوک رشته های ذرات قابل مشاهده بودند (به ویدیوی تکمیلی S8: MP5، با شروع از 0:08 مراجعه کنید).این با رفتار مشاهده شده میدان مغناطیسی تحت عمل یک میدان مغناطیسی اعمال شده در یک مویرگ شیشه ای مطابقت دارد.
نمونه تصاویر MP5 را در نای یک موش زنده بیهوش نشان می دهد.(الف) آهنربا برای به دست آوردن تصاویر در بالا و سمت چپ نای، سپس (ب) پس از حرکت آهنربا به سمت راست استفاده می شود.کادر قرمز نشان دهنده بزرگنمایی است که کنتراست را افزایش می دهد.این تصاویر از ویدیوی نمایش داده شده در ویدیوی تکمیلی S7 است: MP5.
هنگامی که دو قطب در جهت شمالی-جنوبی در بالا و زیر نای تنظیم شدند (یعنی جذب؛ شکل 3b)، آکوردهای MP بلندتر ظاهر شدند و در دیواره جانبی نای قرار گرفتند تا در سطح پشتی نای. نای (به پیوست مراجعه کنید).ویدیو S9:MP5).با این حال، غلظت بالای ذرات در یک محل (یعنی سطح پشتی نای) پس از تجویز مایع با استفاده از دستگاه آهنربای دوگانه، که معمولاً با یک دستگاه آهنربا اتفاق می‌افتد، شناسایی نشد.سپس، هنگامی که یک آهنربا برای دفع قطب های مخالف پیکربندی شد (شکل 3c)، تعداد ذرات قابل مشاهده در میدان دید پس از تحویل افزایش پیدا نکرد.راه اندازی هر دو پیکربندی آهنربا به دلیل قدرت میدان مغناطیسی بالا که به ترتیب آهنرباها را جذب یا فشار می دهد چالش برانگیز است.سپس تنظیمات به یک آهنربای منفرد موازی با راه‌های هوایی تغییر یافت، اما از راه‌های هوایی با زاویه 90 درجه عبور می‌کرد، به طوری که خطوط نیرو به طور متعامد از دیواره نای عبور می‌کرد (شکل 3d)، جهتی که برای تعیین امکان تجمع ذرات در نظر گرفته شده بود. دیوار جانبیمشاهده شود.با این حال، در این پیکربندی، هیچ حرکت تجمعی MF یا حرکت آهنربایی قابل شناسایی وجود نداشت.بر اساس همه این نتایج، پیکربندی با یک آهنربا و جهت گیری 30 درجه برای مطالعات in vivo حامل های ژن انتخاب شد (شکل 3a).
هنگامی که حیوان بلافاصله پس از قربانی شدن به صورت انسانی چندین بار تصویربرداری شد، عدم وجود حرکت بافت مزاحم به این معنی بود که خطوط ذرات ظریف و کوتاه‌تر را می‌توان در میدان شفاف بین غضروفی تشخیص داد، که مطابق با حرکت انتقالی آهنربا "تلو می‌خورد".حضور و حرکت ذرات MP6 را به وضوح مشاهده کنید.
تیتر LV-LacZ 1.8 x 108 IU/ml بود، و پس از مخلوط کردن 1:1 با CombiMag MP (MP6)، 50 میکرولیتر از دوز تراشه 9×107 IU/ml وسیله نقلیه LV (یعنی 4.5) به حیوانات تزریق شد. x 106 TU/rat).)).در این مطالعات، به جای حرکت آهنربا در حین زایمان، آهنربا را در یک موقعیت ثابت کردیم تا تعیین کنیم آیا انتقال LV می تواند (الف) در مقایسه با تحویل برداری در غیاب میدان مغناطیسی بهبود یابد، و (ب) آیا راه هوایی می تواند بهبود یابد. متمرکز باشدسلول ها در نواحی هدف مغناطیسی دستگاه تنفسی فوقانی انتقال می یابند.
به نظر نمی‌رسد وجود آهن‌ربا و استفاده از CombiMag در ترکیب با بردارهای LV تأثیر نامطلوبی بر سلامت حیوانات بگذارد، همانطور که پروتکل استاندارد تحویل وکتور LV ما نیز تأثیری داشت.تصاویر پیشانی از ناحیه نای که در معرض اغتشاش مکانیکی قرار گرفته بود (تصویر تکمیلی 1) نشان داد که گروه تحت درمان با LV-MP دارای سطوح انتقال قابل توجهی بالاتری در حضور آهنربا بود (شکل 9a).فقط مقدار کمی از رنگ آمیزی LacZ آبی در گروه کنترل وجود داشت (شکل 9b).کمی سازی نواحی نرمال رنگ آمیزی شده با X-Gal نشان داد که تجویز LV-MP در حضور میدان مغناطیسی منجر به بهبود تقریباً 6 برابری می شود (شکل 9c).
نمونه ای از تصاویر ترکیبی که انتقال تراشه با LV-MP را نشان می دهد (الف) در حضور میدان مغناطیسی و (ب) در غیاب آهنربا.(ج) بهبود معنی دار آماری در ناحیه نرمال شده انتقال LacZ در نای با استفاده از آهنربا (*p = 0.029، آزمون t، n = 3 در هر گروه، میانگین ± خطای استاندارد میانگین).
بخش‌های خنثی رنگ‌آمیزی قرمز سریع (مثال در شکل تکمیلی 2 نشان داده شده است) نشان داد که سلول‌های رنگ‌آمیزی با LacZ در همان نمونه و در همان مکانی که قبلاً گزارش شده بود وجود دارد.
چالش کلیدی در ژن درمانی راه هوایی، محلی سازی دقیق ذرات حامل در مناطق مورد علاقه و دستیابی به سطح بالایی از راندمان انتقال در ریه متحرک در حضور جریان هوا و پاکسازی موکوس فعال است.برای حامل های LV که برای درمان بیماری های تنفسی در فیبروز کیستیک در نظر گرفته شده اند، افزایش زمان ماندن ذرات ناقل در راه های هوایی رسانا تاکنون یک هدف دست نیافتنی بوده است.همانطور که توسط Castellani و همکاران اشاره شد، استفاده از میدان های مغناطیسی برای افزایش انتقال نسبت به سایر روش های تحویل ژن مانند الکتروپوراسیون دارای مزایایی است زیرا می تواند سادگی، صرفه جویی، تحویل موضعی، افزایش کارایی و زمان انکوباسیون کوتاه تر را ترکیب کند.و احتمالاً دوز کمتری از وسیله نقلیه10.با این حال، رسوب در داخل بدن و رفتار ذرات مغناطیسی در مجاری هوایی تحت تأثیر نیروهای مغناطیسی خارجی هرگز شرح داده نشده است، و در واقع توانایی این روش برای افزایش سطح بیان ژن در راه‌های هوایی زنده دست نخورده در داخل بدن نشان داده نشده است.
آزمایش‌های آزمایشگاهی ما بر روی سنکروترون PCXI نشان داد که تمام ذرات مورد آزمایش ما، به استثنای پلی استایرن MP، در تنظیمات تصویربرداری مورد استفاده ما قابل مشاهده هستند.در حضور میدان مغناطیسی، میدان های مغناطیسی رشته هایی را تشکیل می دهند که طول آنها به نوع ذرات و قدرت میدان مغناطیسی (یعنی مجاورت و حرکت آهنربا) مربوط می شود.همانطور که در شکل 10 نشان داده شده است، رشته‌هایی که مشاهده می‌کنیم زمانی تشکیل می‌شوند که هر ذره منفرد مغناطیسی می‌شود و میدان مغناطیسی محلی خود را القا می‌کند.این میدان‌های مجزا باعث می‌شوند که ذرات مشابه دیگر در اثر نیروهای محلی از نیروهای محلی جاذبه و دفع ذرات دیگر جمع‌آوری و با حرکات رشته‌ای گروهی متصل شوند.
نمودار (الف، ب) زنجیره ای از ذرات تشکیل شده در داخل مویرگ های پر از مایع و (ج، د) نای پر از هوا را نشان می دهد.توجه داشته باشید که مویرگ ها و نای به سمت پوسته کشیده نمی شوند.پانل (الف) همچنین حاوی توصیفی از MF حاوی ذرات Fe3O4 است که به صورت زنجیره ای مرتب شده اند.
هنگامی که آهنربا بر روی مویرگ حرکت کرد، زاویه رشته ذره به آستانه بحرانی MP3-5 حاوی Fe3O4 رسید، پس از آن رشته ذره دیگر در موقعیت اصلی خود باقی نماند، بلکه در امتداد سطح به موقعیت جدیدی حرکت کرد.آهن ربا.این اثر احتمالاً به این دلیل رخ می دهد که سطح مویرگ شیشه ای به اندازه کافی صاف است که اجازه می دهد این حرکت رخ دهد.جالب اینجاست که MP6 (CombiMag) اینگونه رفتار نمی کند، شاید به این دلیل که ذرات کوچکتر بودند، پوشش یا بار سطحی متفاوتی داشتند، یا مایع حامل اختصاصی بر توانایی آنها برای حرکت تأثیر می گذاشت.کنتراست در تصویر ذرات CombiMag نیز ضعیف تر است، که نشان می دهد مایع و ذرات ممکن است چگالی یکسانی داشته باشند و بنابراین نمی توانند به راحتی به سمت یکدیگر حرکت کنند.اگر آهنربا خیلی سریع حرکت کند، ذرات نیز می توانند گیر کنند، که نشان می دهد که قدرت میدان مغناطیسی همیشه نمی تواند بر اصطکاک بین ذرات در سیال غلبه کند، که نشان می دهد که قدرت میدان مغناطیسی و فاصله بین آهنربا و ناحیه هدف نباید به عنوان تعجب.مهم.این نتایج همچنین نشان می‌دهد که اگرچه آهن‌رباها می‌توانند ریزذرات زیادی را که در ناحیه مورد نظر جریان دارند جذب کنند، بعید است که بتوان به آهنرباها برای حرکت ذرات CombiMag در امتداد سطح نای اعتماد کرد.بنابراین، ما به این نتیجه رسیدیم که مطالعات in vivo LV MF باید از میدان های مغناطیسی ساکن برای هدف قرار دادن فیزیکی مناطق خاصی از درخت راه هوایی استفاده کنند.
هنگامی که ذرات به بدن تحویل داده می شوند، شناسایی آنها در بافت پیچیده متحرک بدن دشوار است، اما قابلیت تشخیص آنها با حرکت آهنربا به صورت افقی بر روی نای برای "تکان دادن" رشته های MP بهبود یافته است.در حالی که تصویربرداری بلادرنگ امکان پذیر است، تشخیص حرکت ذرات پس از کشته شدن حیوان به صورت انسانی آسان تر است.غلظت MP معمولاً در این مکان زمانی که آهنربا بر روی ناحیه تصویربرداری قرار می گرفت، بالاتر بود، اگرچه برخی از ذرات معمولاً در پایین تر نای یافت می شدند.برخلاف مطالعات آزمایشگاهی، ذرات را نمی توان با حرکت آهنربا به سمت نای پایین کشید.این یافته با این که چگونه مخاطی که سطح نای را می پوشاند معمولاً ذرات استنشاقی را پردازش می کند، آنها را در مخاط به دام می اندازد و متعاقباً آنها را از طریق مکانیسم پاکسازی مخاطی - مثانه پاک می کند، مطابقت دارد.
ما فرض کردیم که استفاده از آهن‌ربا در بالا و پایین نای برای جذب (شکل 3b) می‌تواند منجر به میدان مغناطیسی یکنواخت‌تر شود، به جای میدان مغناطیسی که در یک نقطه بسیار متمرکز است، که به طور بالقوه منجر به توزیع یکنواخت‌تر ذرات می‌شود..با این حال، مطالعه اولیه ما شواهد روشنی برای حمایت از این فرضیه پیدا نکرد.به طور مشابه، تنظیم یک جفت آهنربا برای دفع (شکل 3c) منجر به ته نشین شدن بیشتر ذرات در ناحیه تصویر نشد.این دو یافته نشان می‌دهند که راه‌اندازی آهنربای دوگانه به طور قابل‌توجهی کنترل محلی اشاره‌کردن MP را بهبود نمی‌بخشد، و اینکه نیروهای مغناطیسی قوی به‌دست‌آمده به سختی تنظیم می‌شوند، و این رویکرد را کمتر عملی می‌کند.به طور مشابه، جهت دهی آهنربا در بالای نای (شکل 3d) نیز باعث افزایش تعداد ذرات باقی مانده در ناحیه تصویر شده نشد.برخی از این پیکربندی‌های جایگزین ممکن است موفق نباشند زیرا منجر به کاهش قدرت میدان مغناطیسی در منطقه رسوب می‌شوند.بنابراین، پیکربندی تک آهنربا در 30 درجه (شکل 3a) ساده ترین و کارآمدترین روش آزمایش در داخل بدن در نظر گرفته می شود.
مطالعه LV-MP نشان داد که وقتی وکتورهای LV با CombiMag ترکیب شدند و پس از ایجاد اختلال فیزیکی در حضور میدان مغناطیسی تحویل داده شدند، سطح انتقال به طور قابل توجهی در نای در مقایسه با گروه کنترل افزایش یافت.بر اساس مطالعات تصویربرداری سنکروترون و نتایج LacZ، به نظر می‌رسد که میدان مغناطیسی می‌تواند LV را در نای نگه دارد و تعداد ذرات ناقلی را که بلافاصله به اعماق ریه نفوذ می‌کنند کاهش دهد.چنین بهبودهای هدف‌گیری می‌تواند منجر به بازدهی بالاتر و در عین حال کاهش تیترهای تحویلی، انتقال غیر هدفمند، عوارض جانبی التهابی و ایمنی و هزینه‌های انتقال ژن شود.نکته مهم، طبق گفته سازنده، CombiMag را می توان در ترکیب با سایر روش های انتقال ژن، از جمله سایر ناقل های ویروسی (مانند AAV) و اسیدهای نوکلئیک استفاده کرد.