La bola mágica de la biología

El descubrimiento de las perlas magnéticas.

1. El descubrimiento de las perlas magnéticas

La idea de la invención de las perlas magnéticas provino originalmente de John Ugelstad, un químico de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología, quien en 1976 produjo partículas esféricas magnetizadas uniformemente usando poliestireno como material principal.

En 1979 Vogelstein et al. informaron que el uso de polvo de vidrio como adsorbente se puede usar para extraer fragmentos de ADN de sefarosa en presencia de altas concentraciones de yoduro de sodio, y más tarde las técnicas de purificación de ácido nucleico en fase sólida basadas en gel de sílice y otros vehículos de superficie con propiedades hidrofílicas fueron ampliamente desarrollado. El método de purificación de ácidos nucleicos basado en partículas magnéticas es uno de ellos.

2. Tipos de perlas magnéticas

Estructura básica (generalmente dividida en 3 capas):

La capa más interna es poliestireno (PS).

La segunda capa está envuelta con una sustancia magnética (generalmente Fe3O4).

La capa más externa es un polímero modificado por grupos funcionales (como carboxil-COOH, hidroxil-OH), que se pueden combinar con ácido nucleico.

Tamaño de partícula: los diferentes tamaños de cuentas magnéticas tienen diferencias de suspensión obvias. Cuanto menor sea el tamaño de la suspensión, mejor, pero la respuesta magnética se debilitará. Cuanto menor sea el tamaño, mejor será la suspensión, pero la respuesta magnética se debilitará. Generalmente, para muestras pequeñas con bajo contenido de ácido nucleico, es mejor usar perlas magnéticas con buena suspensión.

Modificación superficial (grupo funcional): -OH/-COOH/-NH4/Proteína

Diferencia en el uso (ambiente de acción): tanto las perlas magnéticas -OH como las -COOH pueden adsorber ácidos nucleicos de manera efectiva. En términos generales, las perlas con hidroxilo son relativamente mejores para la adsorción de ácidos nucleicos en un sistema salino caotrópico; perlas con grupo de función carboxilo son relativamente mejores para la adsorción de ADN y ARN en el sistema PEG.

Perlas magnéticas Tampón: generalmente disolventes orgánicos como el polietilenglicol (PEG).

3. Principio del método de perlas magnéticas

SPRI (inmovilización inversa de fase sólida) es que las perlas paramagnéticas pueden unirse selectivamente a los ácidos nucleicos por tipo y tamaño, y pueden usarse para aislar, purificar y limpiar ácidos nucleicos de alta pureza. Esta tecnología se puede aplicar a secuenciación de próxima generación (NGS), secuenciación de Sanger, qPCR, ddPCR y microarrays, etc.

Basado en la tecnología SPRI, en el sistema de reacción del método de perlas magnéticas, las moléculas de ácido nucleico (ADN y ARN) se comprimirán de forma lineal a esférica. El ADN sufrirá cambios drásticos en la conformación molecular del ADN promovida por NaCl o MgCl2 en presencia de cierta concentración de PEG. Una gran cantidad de grupos fosfato cargados negativamente en el esqueleto de fosfato se unirá a las perlas magnéticas de carboxilo cargadas negativamente en la superficie. Actualmente se cree que esta interacción entre cargas negativas y negativas se debe a la acción de iones de sal cargados positivamente (p. ej., Na+). El grupo fosfato con carga negativa forma una estructura de puente salino "anión-catión-anión" con el grupo carboxilo a través del ion de sal disociado (p. ej., Na+), de modo que el ADN se adsorbe específicamente en la superficie de las perlas de carboxilo. Cuando se desecha el tampón de reacción, la adición de una molécula de agua hidrata rápida y completamente las moléculas de ácido nucleico y libera la interacción iónica entre los tres, lo que permite la purificación de las moléculas de ácido nucleico adsorbidas en las perlas magnéticas. Usando las propiedades magnéticas de las perlas magnéticas, los fragmentos de ADN se pueden recolectar y eluir mediante un campo magnético aplicado.

- Cuanto más larga es la molécula de ADN, más grupos de fosfato cargados negativamente están expuestos en su superficie, más cargada negativamente está toda la molécula y es más fácil adsorberla en la superficie de las perlas magnéticas, por lo que solo concentraciones más bajas de PEG y NaCl son necesarios para la recuperación.

- Cuanto más corta es la molécula de ADN, mayor es la concentración de PEG y NaCl necesaria para destruir más a fondo la capa hidratada de su superficie y exponer suficientes grupos fosfato cargados negativamente para que las perlas magnéticas los absorban y los recuperen. (es decir, cuanto más pequeño sea el fragmento de ADN recuperado, mayor será la concentración de PEG y NaCl que debe agregarse y mayor el volumen de las perlas magnéticas).