Se presenta un protocolo para detectar células tumorales ováricas circulantes utilizando un sistema de flujo fotoacústico hecho a medida y nanopartículas de sulfuro de cobre con ácido fólico dirigido.
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Artículo de método
Se presenta un protocolo para detectar células tumorales ováricas circulantes utilizando un sistema de flujo fotoacústico hecho a medida y nanopartículas de sulfuro de cobre con ácido fólico dirigido.
Muchos estudios sugieren que la enumeración de las células tumorales circulantes (CTC) puede mostrar promesa como una herramienta de pronóstico para el cáncer de ovario. Las estrategias actuales para la detección de CTC incluyen citometría de flujo, dispositivos microfluídicos y reacción en cadena de la polimerasa en tiempo real (RT-PCR). A pesar de los avances recientes, los métodos para la detección de metástasis temprana del cáncer de ovario todavía carecen de la sensibilidad y especificidad necesarias para la traducción clínica. Aquí, se presenta un método novedoso para la detección de células tumorales circulantes ováricas por citometría de flujo fotoacústico (PAFC) utilizando un sistema impreso tridimensional personalizado (3D), incluyendo una cámara de flujo y una bomba de jeringa. Este método utiliza nanopartículas de sulfuro de cobre cubiertas de ácido fólico (PN FA-CuS) para atacar las células cancerosas de ovario SKOV-3 por PAFC. Este trabajo demuestra la afinidad de estos agentes de contraste para las células cancerosas de ovario. Los resultados muestran la caracterización NP, la detección de PAFC y la toma np mediante microscopía de fluorescencia, lo que demuestra el potencial de este novedoso sistema para detectar CTCováles ováricos a concentraciones fisiológicamente relevantes.
El cáncer de ovario es una de las neoplasias malignas ginecológicas más mortíferas y resultó en unas 184.800 muertes en todo el mundo en 20181. Múltiples estudios han demostrado la correlación entre la progresión del cáncer de ovario (es decir, metástasis) y la presencia de CTCs2,3,4. El método más común para la detección y aislamiento de CTCs utiliza el sistema Cellsearch, que se dirige al receptor EpCam5. La expresión EpCam, sin embargo, está regulada en la transición epitelial a mesenquimal, que se ha implicado en la metástasis del cáncer6. A pesar de los avances, las tecnologías clínicas actuales todavía sufren de baja precisión, alto costo y complejidad. Debido a estos inconvenientes, las nuevas tecnologías para el descubrimiento y la enumeración de CTCs ováricos se han convertido en un área importante para la investigación.
Recientemente, PAFC surgió como un método eficaz para la detección no invasiva de células cancerosas, análisis de nanomateriales, y la identificación de bacterias7,8,9. PAFC se diferencia de la citometría de flujo de fluorescencia tradicional mediante la detección de analitos en el flujo mediante la utilización de fotoacústica. El efecto fotoacústico se genera cuando la luz láser es absorbida por un material que provoca la expansión termoelástica, produciendo una onda acústica que puede ser detectada por un transductor de ultrasonido10,11. Las ventajas de PAFC sobre los métodos tradicionales de citometría de flujo incluyen simplicidad, facilidad de traducción a entornos clínicos y detección de CTCs a profundidades sin precedentes en muestras de pacientes12,13. Estudios recientes han utilizado sistemas PAFC para la detección de células utilizando contraste endógeno y exógeno14,15. Para el etiquetado selectivo de células y tejidos, en combinación con imágenes fotoacústicas16,17,18,se han utilizado agentes de contraste de infrarrojo cercano (NIR), como el tinte verde indocyanina, y los NP metálicos (por ejemplo, oro y CuS). Debido a la mejora de la profundidad de penetración de la luz NIR dentro de los tejidos biológicos, la detección fotoacústica de absorbentes se puede realizar a mayores profundidades para aplicaciones clínicas. Debido a su gran potencial de uso en la clínica, la combinación de agentes de contraste NIR dirigidos con PAFC ha generado un interés considerable para la detección de CTCs.
PAFC en combinación con agentes de contraste específicos proporciona un enfoque mejorado para el análisis de alto rendimiento de muestras de pacientes con mayor precisión y detección dirigida de CTCs. Una de las principales estrategias de detección de los CTC es la orientación específica de las proteínas de membrana presentes en la célula de interés. Una característica notable de los CTC ováricos es la sobreexpresión de los receptores de folato ubicados en su membrana externa19. La focalización de los receptores de folato es una estrategia ideal para la identificación de los CTC ováricos en la sangre porque las células endógenas, que tienen una mayor expresión de receptores de ácido fólico, son generalmente luminales y tienen una exposición limitada al torrente sanguíneo20. Los NP de sulfuro de cobre (PP de CuS) han sido reconocidos recientemente por su capacidad para atacar los receptores de folato expresados en células cancerosas21. Combinados con su biocompatibilidad, facilidad de síntesis y absorción profunda en el NIR, estos agentes de contraste NP hacen una estrategia de apuntamiento ideal para la detección de CtCovás que utilizan PAFC.
Este trabajo describe la preparación de los NP FA-CuS y su uso para la detección de células cancerosas de ovario en un sistema de flujo fotoacústico. Los NP de CuS se modifican con ácido fólico para apuntar específicamente a los CTC ováricos y emiten una señal fotoacústica cuando se estimulan con un láser de 1.053 nm. Los resultados indican la detección exitosa de células cancerosas ováricas incubadas con estos agentes de contraste fotoacústicos dentro del sistema PAFC. Estos resultados muestran la detección de células cancerosas de ovario hasta concentraciones de 1 célula/L, y la microscopía de fluorescencia confirma la aceptación exitosa de estas partículas por las células cancerosas de ovario SKOV-322. Este trabajo proporciona una descripción detallada de la síntesis de LOS NP FA-CuS, la preparación de muestras para la microscopía de fluorescencia, la construcción del sistema de flujo fotoacústico y la detección fotoacústica de células cancerosas ováricas. El método presentado muestra una identificación exitosa de los CTC ováricos en el flujo utilizando NP FA-CuS.
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1. Síntesis y funcionalización de nanopartículas
NOTA: La síntesis de los NP FA-CuS se logra utilizando un método de síntesis de un pozo adaptado de un protocolo publicado previamente21.
ADVERTENCIA: Toda la síntesis debe ocurrir en una campana de humo súcto sordo químico ventilada.
2. Caracterización NP
3. Cultivo celular
4. Etiquetado fluorescente de FA-CuS NPS para microscopía
5. La aceptación de FA-CuS NPS por células cancerosas de ovario
6. Microscopía de fluorescencia de la aceptación de FA-CuS NPS
7. Arquitectura del sistema de flujo
8. Postprocesamiento
la señal analítica, de modo que e integre la envolvente para medir la señal total resultante de cada adquisición. Compare las señales de cada grupo de prueba (es decir, PBS, células etiquetadas, NP FA-CuS, células solas) utilizando una prueba t en el software estadístico R. Las señales fotoacústicas crudas y sus transformaciones Hilbert se presentan en la Figura 4.Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
La Figura 1A muestra una imagen TEM típica de las nanopartículas sintetizadas. El tamaño medio de la nanopartícula típica es de aproximadamente 8,6 nm a 2,5 nm. La medición de nanopartículas se realizó en ImageJ. Se aplicaron funciones de umbral y cuenca hidrográfica para separar las partículas para la medición. Los diámetros horizontales y verticales de cada partícula se midieron perpendiculares entre sí y se promediaron aún más. Para el DLS...
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Este protocolo es un método sencillo para la detección de CtC ováricos utilizando PAFC y un agente de contraste CuS objetivo. Se han explorado muchos métodos para la detección de CTCová, incluidos dispositivos microfluídicos, RT-PCR y citometría de flujo de fluorescencia23,24,25. Estos varían en complejidad, costo y precisión, limitando su eficacia en entornos clínicos. PAFC introduce varias ventajas sobre estos métodos tradicio...
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Los autores no tienen nada que revelar.
A los autores les gustaría reconocer a Madeleine Howell por su ayuda con la síntesis, Matthew Chest por su ayuda para diseñar el sistema de flujo, y Ethan Marschall para ayudar con SolidWorks.
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| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| 0,025% Tripsina con EDTA | Corning | 25-053-Cl | |
| 0,2 y micro; m 1.000 mL Unidad de filtración al vacío | VWR | 10040-440 | Para filtrar grandes volúmenes de agua desionizada. |
| 0,2 y micro; m filtro de jeringa estéril | VWR | 28145-477 | |
| Tanque | Tarjeta de adquisición hecha a | ||
| National Instruments | PXIe-5170R | 250 MS/s, 8 canales, 14 bits | |
| Alconox | Sigma-Aldrich | 242985-1.8KG | Detergente utilizado para la limpieza de cristalería. |
| Filtros centrífugos Amicon Ultra-15 | Millipore | UFC903024 | |
| Filtros centrífugos Amicon Ultra-4 | Millipore | UFC803024 | |
| Hematocitómetro Bright-line | Hausser Scientific | 1492 | |
| Cloruro de cobre (II) | ACROS ORGANICS | 206532500 | |
| Objetivo de acoplamiento Thorlabs | LMH-10x-532 | Para acoplar luz pulsada a fibra óptica. | |
| Platina de acoplamiento | Newport | F-91-C1-T | Platina para acoplar la luz pulsada al objetivo. Sostiene el baño de limpieza ultrasónico digital de la serie FP-1A y LMH-10x-532 |
| CPX | modelo | CPX3800 | |
| software de adquisición de datos | National Instruments | NI LabVIEW 2017 (32 bits) | LabVIEW utilizado para sincronizar pulsos láser con adquisición de datos. |
| Software de procesamiento de datos | Mathworks | Matlab R2016a | Reconstrucciones y gráficos producidos con el software Matlab. |
| FBS | Sigma-Aldrich | F2442-500ML | |
| Mandril de fibra | Newport | FPH-DJ | Se utiliza para sujetar la fibra desnuda. |
| Acoplador de fibra | Newport | FP-1A | etapa de 3 ejes para posicionar el mandril de fibra y la fibra óptica en el foco del objetivo. |
| Ácido fólico | Sigma-Aldrich | F7876-10G | |
| Rejillas TEM recubiertas de formvar | Ciencias de la microscopía electrónica | FCF300-CU-SB | |
| Masterflex Tubing | Cole Parmer | EW-96420-14 | |
| McCoy's 5A Medio | ATCC | 30-2007 | |
| Norm-Ject 10 mL Jeringas | HENKE SASS WOLF | 4100-X00V0 | |
| Fibra óptica | Thorlabs | FG550LEC | Se utiliza para exponer la muestra a la luz pulsada. |
| PBS | Alfa Aesar | J62036 | |
| Penicilina Estreptomicina | GIBCO | 15140-122 | |
| Láser pulsado | RPMC Lasers Inc | Quantus-Q1D-1053 | Fuente láser pulsada con especificaciones 1053 nm, pulso de 8 ns, 10 Hz máximo. |
| Emisor/Receptor | Olympus | 5077PR | Recibe, filtra y amplifica señales fotoacústicas. Funciona con 59 dB de ganancia. |
| Tubo capilar de cuarzo | Sutter Instrument | QF150-75-10 | |
| RPMI Midum 1640 (1x) Sin ácido fólico | Gibco | 27016-021 | |
| Silicona | Momentive Performance Materials, Inc. | GE284 | |
| SKOV-3 Celdas | ATCC | HTB-77 | |
| Bicarbonato de sodio | Sigma-Aldrich | S5761 | |
| Carbonato de sodio | Sigma-Aldrich | S7795-500G | |
| Perlas de hidróxido de sodio | BDH | BDH9292-500G | |
| Sulmuro de sodio nonahidratado | Sigma-Aldrich | 431648-50G | |
| Bombas de jeringa | New Era Pump Systems Inc | DUAL-1000 | |
| Texas Red-X-Succinimydl éster | Invitrogen | 1949071 | |
| Transductor | Olynmpus | V214-BB-RM | Detector de ultrasonidos con frecuencia central de 50 MHz y ancho de banda fraccional de -6 dB del 82%. |
| Solución de azul de tripano 0.4% | Amresco | K940-100ML | |
| Tween 20 | Sigma-Aldrich | P7949-100ML | |
| Gel de ultrasonido | Parker Laboratories Inc. | Aquasonic 100 | Gel de ultrasonido para acoplamiento de transductores |
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