Name: Propriétés électro-Polymer nanoparticules Exposer photothermiques (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-01-08T14:00:01.000+00:00
Duration: 10 min 16 s
Description: Découvrez la synthèse de nanoparticules de polymères conducteurs aux propriétés photothermiques pour la thérapie anticancéreuse. Cette méthode permet d'évaluer leur cytotoxicité et leur potentiel thérapeutique ciblé.

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Ce travail a été financé en partie par le Fonds Texas Emerging Technology (démarrage à la tuberculose), le Programme d&#39;amélioration de Texas State University Research, le Texas State University Bourse de recherche postdoctorale (TC), le Partenariat NSF pour la recherche et l&#39;éducation dans les Matériaux (PREM, DMR-1205670), La Fondation Welch (AI-0045), et National Institutes of Health (R01CA032132).

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Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Dans ce travail, les IP polymères électroactifs ont été synthétisés comme agents potentiels PTT pour le traitement du cancer. La préparation de PN est décrite, en commençant par la synthèse des monomères suivie d&#39;une polymérisation en émulsion. Alors que la préparation des IP en utilisant polymères électroactifs tels que EDOT et pyrrole a été décrit précédemment, ce document décrit la préparation de polymères IP commençant par monomères de conjugaison de longues uniques, ce qui démontre que ce processus peut être ét...

Les polymères électroactifs changent leurs propriétés (couleur, conductivité, la réactivité, volume, etc.) en présence d&#39;un champ électrique. Les temps de commutation rapides, accordabilité, la durabilité, et les caractéristiques légers de polymères électroactifs ont conduit à de nombreuses applications proposées, y compris les énergies de remplacement, capteurs, électrochromiques, et dispositifs biomédicaux. Les polymères électroactifs sont potentiellement utiles comme la batterie et le condensateur électrodes souples, légers. 1 Applications de polymères électroactifs dans les dispositifs électrochromes comprennent des systèmes de réduction de l&#39;éblouissement pour les bâtiments et voitures, lunettes de soleil, lunettes de protection, des dispositifs de stockage optiques, et les textiles intelligents. 2-5 Smart fenêtres peuvent réduire les besoins énergétiques en bloquant les longueurs d&#39;onde spécifiques de la lumière à la demande et de protéger les intérieurs des maisons et des voitures. Les textiles intelligents peuvent être utilisés dans les vêtements pour aider à protéger contre les rayons UV. 6 Les polymères électroactifs ont also commencé à être utilisés dans des dispositifs médicaux. Parmi polymères électroactifs utilisés dans des dispositifs biomédicaux, polypyrrole (PPy), polyaniline (PANI) et le poly (3,4-éthylènedioxythiophène) (PEDOT) sont parmi les plus courantes. Par exemple, ces types de polymères sont couramment utilisés comme transducteurs dans les dispositifs de biocapteurs 7 applications dans l&#39;administration thérapeutique ont également montré des résultats prometteurs. études ont démontré la libération de médicaments et de protéines thérapeutiques à partir de dispositifs préparés à partir de polymères électroactifs. 12/08 Plus récemment, des polymères électro-actifs ont été utilisés comme agents thérapeutiques dans la thérapie photothermique. 13-15 Dans la thérapie photothermique, agents photothermiques doivent absorber la lumière dans le proche -Infrarouge (NIR) région (~ 700 à 900 nm), aussi connu sous le nom de la fenêtre thérapeutique, où la lumière a la profondeur maximale de pénétration dans les tissus, typiquement jusqu&#39;à 1 cm. 16,17 Dans cette gamme, des chromophores biologiques tels que l&#39;hémoglobine , l&#39;hémoglobine oxygénée, lipides, et de l&#39;eau ont peu à pasabsorbance, ce qui permet à la lumière de pénétrer facilement. Lorsque les agents photothermiques absorbent la lumière dans la fenêtre thérapeutique, l&#39;énergie lumineuse est convertie en énergie photothermique. Irvin et ses collaborateurs ont rapporté précédemment bis-EDOT monomères de benzène qui ont été synthétisés en utilisant un couplage de Negishi alcoxy-substitué. 18 couplage de Negishi est un procédé préféré pour la formation de liaisons carbone-carbone. Ce procédé présente de nombreux avantages, y compris l&#39;utilisation d&#39;intermédiaires organiques du zinc, qui sont moins toxiques et ont tendance à avoir une réactivité plus élevée que les autres composés organométalliques utilisés. 19,20 organozinciques sont également compatibles avec un large éventail de groupes fonctionnels sur les organohalogénures. 20 Dans le réaction de couplage de Negishi, un halogénure organique et organométallique sont couplées par l&#39;utilisation d&#39;un catalyseur au palladium (0) comme catalyseur. 20 Dans le travail présenté ici, ce procédé de couplage croisé est utilisé dans la synthèse de 1,4-dialcoxy-2,5-bis ( 3,4-ethylenedioxythienyl) benzemonomères ne (2 BEDOT-B (OR)). Ces monomères peuvent ensuite être facilement polymérisés électrochimiquement ou chimiquement pour produire des polymères qui sont des candidats prometteurs pour une utilisation dans des applications biomédicales. Les procédés classiques pour la préparation de suspensions colloïdales polymères dans des solutions aqueuses pour des applications biomédicales impliquent typiquement la dissolution de polymères en vrac suivie par des techniques d&#39;évaporation nanoprécipitation ou émulsion solvant. 21,22 Afin de produire les IP de poly (BEDOT-B (OR) 2) , une approche bottom-up est démontré ici, où les infirmières praticiennes sont synthétisés par polymérisation en émulsion in situ. La polymérisation en émulsion est un processus qui est facilement extensible et est une méthode relativement rapide pour la préparation NP. 22 études utilisant polymérisation en émulsion pour produire les IP des autres polymères électroactifs ont été rapportés pour PPy et PEDOT. 15,23,24 PEDOT IP, par exemple, ont été préparés en utilisant pulvérisation émulsion polymerization. 24 Cette méthode est difficile à reproduire, et donne généralement des particules plus grosses, de la taille du micron. Le protocole décrit dans cet article explore l&#39;utilisation d&#39;une méthode goutte-ultrasons pour préparer reproductible IP polymère de 100 nm. Dans ce protocole, polymères électroactifs adaptés à absorber la lumière dans la région NIR similaire à poly indiqué précédemment (BEDOT-B (OR) 2) sont synthétisés et caractérisés de démontrer leur potentiel dans des dispositifs électrochromes et comme agents des PTT. Tout d&#39;abord, le protocole pour la synthèse des monomères par un couplage de Negishi est décrite. Les monomères sont caractérisés par RMN et la spectroscopie UV-Vis-NIR. La préparation de suspensions colloïdales NP par polymérisation oxydative de l&#39;émulsion dans un milieu aqueux est également décrite. La procédure est basée sur un procédé de polymérisation en émulsion en deux étapes décrit précédemment par Han et al., Qui est appliqué sur les différents monomères. Un système à deux tensio-actif estutilisé pour contrôler la monodispersité NP. Un dosage de la viabilité des cellules est utilisée pour évaluer cytocompatibilité des infirmières praticiennes. Enfin, le potentiel de ces IP pour agir en tant que transducteurs PTT est démontrée par irradiation avec un laser NIR.

<table><tbody><tr><td>Électrode de travail en platine de 2 mm de diamètre</td><td>CH Instruments</td><td>CH102</td><td>Poli à l’aide de papier de verre très fin</td></tr><tr><td>3,4-éthylènedioxythiophène</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>483028</td><td>Purifié par distillation sous vide</td></tr><tr><td>3-(4,5-Diméthylthiazol-2-yl)-2,5-Diphényltétrazolium bromure (MTT) 98 %</td> <td>Alfa Aesar</td><td>L11939</td><td></td></tr><tr><td>505 Sonic Dismembrator</td><td>Fisher Scientific&trade; &nbsp ;</td><td>FB505110</td><td>pointe de 1/8" et évalué à 500 °C. watts</td></tr><tr><td>Diode laser 808 nm</td><td>ThorLabs</td><td>L808P1WJ</td><td>Puissance nominale 1 W</td></tr><tr><td>Acétonitrile anhydre 99 %</td><td>Acros</td><td>61022-0010</td><td></td></tr><tr><td>Avanti J-26 XPI</td><td>Beckman Coulter</td><td>393127</td><td></td></tr><tr><td>Bromohexane 98 %</td><td>MP Biomedicals</td><td>202323</td><td></td></tr><tr><td>Dialyse (100 000) MWCO</td><td>SpectrumLabs</td><td>G235071</td><td></td></tr><tr><td>Diméthyl sulfoxyde 99 % (DMSO)</td><td>BDH</td><td>BDH1115</td><td></td></tr><tr><td>diméthylformamide anhydre (DMF) 99 %</td><td>Acros</td><td>326870010</td><td></td></tr><tr><td>Dodécylbenzènesulfonate (DBSA)&nbsp ;</td><td>TCI</td><td>D0989</td><td></td></tr><tr><td>Dulbecco' s Eagle medium modifié (DMEM)&nbsp ;</td><td>Corning</td><td>10-013 CV</td><td></td></tr><tr><td>EMS 150 TES Vernis cathodique</td><td>Microscopie électronique Sciences</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Éthanol (EtOH) 100 %</td><td>BDH</td><td>BDH1156</td><td></td></tr><tr><td>4-bromobutyrate d’éthyle (98 %)</td><td>Acros</td><td>173551000</td><td></td></tr><tr><td>Acétate d’éthyle 99 %</td><td>Fisher</td><td>UN1173</td><td></td></tr><tr><td>Sérum fœtal bovin (FBS)</td><td>Corning</td><td>35-010-CV</td><td></td></tr><tr><td>Helios NanoLab 400</td><td>FEI</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Hexane</td><td>Fisher</td><td>H306-4</td><td></td></tr><tr><td>Acide chlorhydrique (HCl)</td><td>Fisher</td><td>A142-212</td><td></td></tr><tr><td>Hydroquinone 99,5 %</td><td>Acros</td><td>120915000</td><td></td></tr><tr><td>Hydrozine anhydre 98 %</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>215155</td><td></td></tr><tr><td>Galss Delta</td><td>Technologies</td><td>CG-41IN-CUV</td><td>4-8 &Omega ;/sq</td></tr><tr><td>Chlorure de fer 97 % FeCl3</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>157740</td><td></td></tr><tr><td>Sulfate de magnésium (MgSO4)</td><td>Fisher</td><td>593295</td><td>Sec à 100 &#176 ; C</td></tr><tr><td>SKOV-3</td><td>ATCC</td><td>HTB-26</td><td></td></tr><tr><td>Méthanol</td><td>BDH</td><td>BHD1135</td><td></td></tr><tr><td>n-Butlithium (2,5 M)&nbsp ;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>230707</td><td>Pyrophoric</td></tr><tr><td>Poly(styrenesulfonate-co-malic acid) (PSS-co-MA) 20 000 MW</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>434566</td><td></td></tr><tr><td>Carbonate de potassium</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>209619</td><td>Séché à 100 &#176 ; C</td></tr><tr><td>Hydroxyde de potassium</td><td>Alfa Aesar</td><td>A18854</td><td></td></tr><tr><td>Iodure de potassium</td><td>Fisher</td><td>P410-100</td><td></td></tr><tr><td>RO-5 Tireuse</td><td>IKA-Werke</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SC4000 Caméra IR</td><td>FLIR</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Synergy H4 Hybrid Reader</td><td>Biotek</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Perchlorate de tétrabutylammonium (TBAP) 99 %</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>3579274</td><td>Purifié par recristallisation dans de l’acétate d’éthyle</td></tr><tr><td>Tétrahydrofurane anhydre (THF) 99 %</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>401757</td><td></td></tr><tr><td>tétrakis(triphénylphosphine) palladium(0)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>216666</td><td>Thermomixeur sensible à l’humidité</td></tr><tr><td></td><td>Eppendorf</td><td></td><td></td></tr> USB <tr><td>potentiostat/galvanostat</td><td>WaveNow</td><td>AFTP1</td><td></td></tr><tr><td>Zetasizer Nano Zs</td><td>Arrangement optique Malvern</td><td></td><td>175&#176 ;</td></tr><tr><td>Chlorure de zinc (1 M) ZnCl2</td><td>Acros</td><td>370057000</td><td></td></tr></tbody></table>

propriétés électro-polymer nanoparticules exposer photothermiques

Electroactive Polymer Nanoparticles Exhibiting Photothermal Properties

Une méthode de synthèse de polymères électroactifs est démontrée, en commençant par la synthèse de monomères de conjugaison étendue à l’aide d’un processus en trois étapes qui se termine par le couplage de Negishi. Le couplage Negishi est un processus de couplage croisé dans lequel un précurseur chimique est d’abord lithié, suivi d’une transmétallation avec du ZnCl2. Le composé organozincique résultant peut être couplé à un précurseur aromatique dibromé pour donner le monomère conjugué. Les films polymères peuvent être préparés par électropolymérisation du monomère et caractérisés à l’aide de la voltampérométrie cyclique et de la spectroscopie ultraviolet-visible-proche infrarouge (UV-Vis-NIR). Les nanoparticules (NP) sont préparées par polymérisation en émulsion du monomère à l’aide d’un système à deux tensioactifs pour produire une dispersion aqueuse des NP polymères. Les NP sont caractérisés à l’aide de la diffusion dynamique de la lumière, de la microscopie électronique et de la spectroscopie UV-Vis-NIR. La cytocompatibilité des NP est étudiée à l’aide du test de viabilité cellulaire. Enfin, les suspensions NP sont irradiées avec un laser NIR afin de déterminer leur efficacité en tant que matériaux potentiels pour la thérapie photothermique (PTT).

Le protocole de réaction donnant M1 et M2 est illustrée à la figure 1. Les monomères peuvent être caractérisées par 1 H et 13 spectroscopie RMN C, point de fusion et analyse élémentaire. Le spectre RMN 1 H présente des informations concernant la connectivité des atomes et leur environnement électronique; Ainsi, il est couramment utilisée pour vérifier que les réactions ont été accomplies avec succès. Réactions de couplage...

Un protocole est présenté pour la synthèse et la préparation de nanoparticules constituées de polymères électroactifs.

Propriétés électro-Polymer nanoparticules Exposer photothermiques

A method for the synthesis of electroactive polymers is demonstrated, starting with the synthesis of extended conjugation monomers using a three-step ...

L’objectif global de ce protocole est de préparer des nanoparticules de polymères conductrices qui présentent des propriétés photothermiques, et d’évaluer leur cytotoxicité. Les nanoparticules de polymère conducteur sont des agents idéaux pour la thérapie photothermique, car elles absorbent la lumière dans le proche infrarouge et la convertissent en chaleur pour tuer les cellules cancéreuses. Le principal avantage des agents de photothérapie polymère est qu’ils peuvent être adaptés pour ajuster leurs propriétés d’absorption par une compatibilité et une capacité de ciblage tumoral afin de permettre un traitement localisé efficace et non invasif du cancer.Les polymères que nous utilisons pour la thérapie photothermique peuvent également être utilisés pour des applications d’énergie alternative, des capteurs et de l’électrochromie. Les personnes qui ne connaissent pas cette méthode peuvent avoir des difficultés car la réaction est sensible à l’humidité. Une bonne compréhension des techniques de synthèse airless est essentielle.La démonstration visuelle des tests de culture cellulaire est essentielle car les techniques stériles sont difficiles à maîtriser. Tous les tests de jeu multi-rôles nécessitent précision et cohérence pour obtenir des résultats appropriés. Fixez à un flacon à trois cols à fond rond un septum, un condenseur équipé d’un adaptateur de commande d’entrée et un adaptateur de commande de sortie de gaz.Connectez l’adaptateur de sortie de gaz à un bubbler. Ensuite, connectez l’adaptateur d’entrée à une ligne d’argon Shlenk avec un tube en PVC à paroi épaisse. Commencez l’écoulement de l’argon dans la fiole de réaction et laissez le gaz s’écouler pendant plusieurs minutes.Après avoir allumé l’aspirateur, utilisez un bec Bunsen pour sécher à la flamme la réaction, puis purgez l’appareil avec de l’argon. Répétez cette opération deux fois de plus pour obtenir un environnement sans air. À l’aide d’une seringue, ajoutez un virgule zéro sept grammes d’EDOT à l’appareil à travers le septum.Ajouter 20 millilitres de tétrahydrofurane dans la fiole et remuer. Préparez un bain d’acétone de glace sèche dans une fiole de Dewar de forme basse et refroidissez la fiole EDOT pendant 15 minutes à moins 78 degrés Celsius. Ensuite, baissez à 11 millimoles de n-butyllithium dans les hexanes tout en maintenant une température de moins 78 degrés Celsius.Après l’ajout complet, remuez pendant une heure supplémentaire. Une extrême prudence doit être prise lors de la manipulation des réactifs organolithiens. Ces solutions sont exceptionnellement dangereuses et ne doivent être manipulées que par une personne ayant reçu une formation approfondie à leur utilisation.Retirez le bain d’acétone de glace sèche. Et, commencez immédiatement une addition goutte à goutte de 14 virgule 13 millilitres d’une solution molaire de chlorure de zinc, en remuant pendant une heure à température ambiante. Ensuite, ajoutez quatre millimoles de un quatre Dialkoxy, deux cinq Dibromobenzène et 80 micromoles de palladium tetrakis triphénylphosphine à la réaction.Commencez à reflux de la réaction à 75 degrés Celsius avec un bain d’huile. Chaque jour, à l’aide d’une seringue, prélevez un petit échantillon du mélange réactionnel. Précipitez l’échantillon dans deux millilitres d’acide chlorhydrique molaire et utilisez deux millilitres de dichlorométhane pour extraire le matériau.Repérez l’extrait sur une chromatographie sur couche mince de silice, ou plaque TLC, à côté de solutions préfabriquées d’EDOT purifié et de quatre Dialkoxy deux cinq Dibromobenzène. Utilisez une solution 60 à 40 d’acétate d’éthyle et d’hexanes pour développer la plaque dans une chambre en verre. Une fois la réaction terminée, dans trois à cinq jours, refroidissez la réaction à température ambiante.Ajoutez 10 millilitres d’acide chlorhydrique molaire suivi de 20 millilitres de dichlorométhane pour éteindre la réaction. Transférez le travail de réaction dans un entonnoir séparateur et isolez la couche organique. Lavez les matières organiques avec de l’eau déminéralisée jusqu’à ce que les lavages à l’eau ne soient plus acides.Ensuite, séchez les matières organiques sur 15 grammes de sulfate de magnésium. Après avoir filtré le solide, retirez le solvant à l’aide d’un évaporateur rotatif pour obtenir un solide jaune orange. Dans un verre vile, préparez un millilitre de PSS-co-MA à deux pour cent en poids par volume dans de l’eau et ajoutez une petite barre d’agitation.Préparez une solution de 16 milligrammes par millilitre de monomère dans du chloroforme et transférez-en 100 microlitres dans un tube microcentrifugé. Dissoudre 30 milligrammes d’acide dodécylbenzène sulfonique dans le tube de microcentrifugation, puis utiliser un mélangeur vortex automatique pendant 30 à 60 minutes pour homogénéiser la solution. Ensuite, ajoutez la phase organique homogénéisée dans une aliquote de 10 microlitres à la solution PSS-co-MA à deux pour cent toutes les 60 secondes.Après l’ajout complet, diluez la solution avec deux millilitres d’eau et retirez le barreau. Placez l’émulsion dans un bain de glace, puis utilisez une sonde pour soniser l’émulsion avec deux intervalles de 10 secondes à une amplitude de 30 %. Retirez le flacon du bain de glace et replacez la barre d’agitation pour continuer à mélanger l’émulsion.Ensuite, ajoutez trois virgule huit microlitres d’une solution aqueuse de chlorure de fer de cent milligrammes par millilitre à l’émulsion de monomères, et remuez pendant une heure pour obtenir des nanoparticules de polymère stabilisées avec PSS-co-MA. Transférez la suspension de nanoparticules dans des tubes à centrifuger de sept millilitres et centrifugez la suspension à 75, 600 fois G pendant trois minutes. Enfin, récupérez le surnageant et dialysez dans l’eau pendant 24 heures à l’aide d’un tube de dialyse de coupure de poids moléculaire de 100 kilodaltons.Cultivez trois cellules cancéreuses de l’ovaire SCOV dans des DMEM complétées par 10 % de sérum de veau fœtal à 37 degrés Celsius et 5 % de dioxyde de carbone dans des flacons T 75. Après dissociation et comptage des cellules à l’aide de protocoles standard, nourrissez les cellules à une densité de 5 000 cellules par puits dans une plaque de 96 puits. Incuber les cellules pendant 24 heures à 37 degrés Celsius et à 5 % de dioxyde de carbone.Immédiatement avant l’utilisation, versez la suspension de nanoparticules dans un milieu de croissance complet à une concentration d’un milligramme par millilitre. Filtrez la suspension de nanoparticules à travers un filtre stérile à point zéro à deux micromètres. Diluez ensuite la suspension aux concentrations d’exposition souhaitées avec un milieu de croissance complet complété par un pour cent de pénicilline streptomycine.Retirez délicatement le milieu de chaque puits et remplacez-le par 100 microlitres de suspension de nanoparticules à différentes concentrations d’exposition. Après avoir incubé les cellules, retirez soigneusement la solution, puis remplacez le milieu par 100 microlitres de solution MTT filtrée stérile à point zéro cinq milligrammes par millilitre. Incuber les cellules pendant deux à quatre heures dans l’incubateur.Ensuite, examinez les cellules au microscope pour vérifier la formation de cristaux de Formazan. Retirez délicatement la solution MTT et remplacez-la par 100 microlitres de sulfoxyde de diméthyle. Placez l’assiette sur un shaker et mélangez pendant plusieurs minutes.Enfin, mesurez les absorbants de chaque puits à 590 nanomètres et 700 nanomètres. Ces valeurs correspondent respectivement aux absorbants maximaux du produit Formazan et à une ligne de base. Les monomères résultants peuvent être caractérisés par spectroscopie RMN de l’hydrogène et du carbone 13.Les réactions de couplage de Negishi attachent le cycle phényle à l’EDOT, ce qui fait passer le pic de proton phényle de sept virgule un PPM à sept virgule huit PPM. Le proton theyenel se déplace également vers le haut du champ à six virgule cinq PPM. Les quatre protons sur les carbones du pont éthylènedioxy se divisent en deux ensembles de multiplets en quatre virgule trois PPM.Le spectre RMN du carbone 13 présente des pics à 70, 45, 40 et 13 pour les carbones du thyénol, et un 50, un 20 et un 12 pour les carbones du phénylène. La compatibilité citale des nanoparticules de polymère est déterminée à l’aide d’un test de viabilité cellulaire MTT. Dans la plage de concentration de nanaparticle de zéro virgule deux trois à 56 microgrammes par millilitre, les nanoparticules ne diminuent pas la viabilité cellulaire à moins de 90 % du contrôle.En règle générale, une réduction de la viabilité cellulaire de moins de 20 % est considérée comme acceptable. Une fois maîtrisé, il faut environ une semaine pour synthétiser le Monomère, une autre semaine pour le purifier, et moins d’une journée pour préparer et purifier les nanoparticules. L’étude de citotoxicité peut être réalisée en deux jours et demi, de l’ensemencement des cellules à la fin de l’essai.Lors de la tentative d’études cellulaires in vitro, il est essentiel de suivre les techniques d’asepsie appropriées. Des études supplémentaires telles que des tests de mort vivante, des études de microscopie et des études de biodistribution in vivo, ainsi que des études d’ovulation photothermique peuvent être réalisées avec les nanoparticules préparées par ces protocoles pour mieux comprendre leur potentiel en tant qu’agents photothermiques pour le traitement du cancer.

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Research

Recherche

JoVE Journal

Engineering

Ingénierie

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