Abstract
Goud nanorods zijn aantrekkelijk voor verschillende biomedische toepassingen, zoals de fotothermische verdamping en de fotoakoestische beeldvorming van kanker, dankzij hun intense optische absorptie in het nabije infrarood raam lage cytotoxiciteit en potentieel huis in tumoren. Echter, hun levering aan tumoren blijft een probleem. Een innovatieve aanpak bestaat uit de exploitatie van het tropisme van tumor-geassocieerde macrofagen die met goud nanorods in vitro kunnen worden geladen. Hier beschrijven we de voorbereiding en de fotoakoestische inspectie van cellulaire voertuigen met goud nanorods. GePEGyleerde goud nanorods worden gemodificeerd met quaternaire ammoniumverbindingen, om een kationisch profiel te bereiken. Bij contact met de muizen-macrofagen in gewone petrischaaltjes, worden deze deeltjes gevonden om massale opname ondergaan in endocytische blaasjes. Vervolgens worden deze cellen zijn ingebed in biopolymere hydrogels, die worden gebruikt om te controleren of de stabiliteit van fotoakoestische conversievan de deeltjes wordt vastgehouden in hun cellulaire opname in voertuigen. We zijn ervan overtuigd dat deze resultaten nieuwe inspiratie voor de ontwikkeling van nieuwe strategieën om plasmonische deeltjes te leveren aan tumoren kan bepalen.
Introduction
In de afgelopen tien jaar hebben verschillende plasmonische deeltjes zoals goud nanorods, nanoshells en nanocages, veel aandacht gekregen voor toepassingen in de biomedische optica 1, 2, 3, 4. In strijd met de standaard goud nanobolletjes, deze nieuwere deeltjes resoneren in het venster nabij-infrarood (NIR), die voorziet in de diepste optische penetratie door het lichaam en de hoogste optische contrast dan endogene componenten 1. Deze functie is interessant voor innovatieve toepassingen, zoals de fotoakoestische (PA) beeldvorming en fotothermische ablatie van kanker gewekt. Echter, een aantal zaken te beperken de klinische penetratie van deze deeltjes. Bijvoorbeeld hun optische activatie beperkt echter hun oververhitting veroorzaken en hun functionele vormen naar meer sferische profielen, die een fotoinstabiliteit 5, 6, 7 aandrijft wijzigen, 8 sup>, 9. Een ander probleem dat het wetenschappelijke debat domineert is hun systemische toediening in tumoren. In het bijzonder goud nanorods combineren formaten die ideaal zijn om tumoren die verbeterde doorlaatbaarheid en retentie en het gemak van conjugatie met specifieke probes van kwaadaardige markers weer doordringen zijn. Daarom wordt de voorbereiding van een directe injectie in de bloedstroom gezien als een mogelijke regeling 10, 11, 12, 13. Echter, deze route blijft problematisch, waarbij de meeste deeltjes raken gevangen door het mononucleaire fagocytsysteem 10, 11, 12. Bovendien, andere zorg is de optische en biochemische stabiliteit van de deeltjes na circulatie door het lichaam 14. Wanneer deeltjes verliezen hun colloïdale stabiliteit en aggregaat, kunnen hun plasmonische eigenschappen en warmteoverdracht dynamiek last van plasmonische koppeling 15, 16, 17 en 18 dwars-oververhitting.
Meer recent, de notie van het tropisme van tumor-geassocieerde macrofagen exploit heeft ontpopt als een slim alternatief 19, 20, 21. Deze cellen bezit zijn van een aangeboren vermogen om te detecteren en te doordringen tumoren met hoge specificiteit. Daarom kan men perspectief om deze cellen te isoleren uit een patiënt, laad ze met goud nanorods in vitro en injecteer die terug in de patiënt, met de bedoeling om ze te gebruiken als mobiele voertuigen belast met de levering. Een ander voordeel zou zijn om meer controle over de optische en biochemische stabiliteit van de deeltjes te verkrijgen, omdat hun biologische-interface worden geconstrueerd in vitro. Still, de prestaties van deze cellulaire voertuigen optische contrastmiddelen hebben een kritische analyse.
In dit werk beschrijven we de voorbereiding en de kritieke problemen van cellular voertuigen die goud nanorods voor de PA beeldvorming van kanker. GePEGyleerde goud nanorods worden gemodificeerd met quaternaire ammoniumverbindingen 22, om een kationisch profiel dat naar verwachting hun interacties met plasma membranen 23, 24 te bevor- deren. Deze deeltjes ondergaan efficiënt en niet-specifieke opname van de meeste cellulaire soorten, hopelijk zonder zich te bemoeien veel met hun biologische functies. Murine macrofagen worden geladen met tot wel 200, 000 kationische goud nanorods per cel, die opgesloten raken binnen strakke endocytische blaasjes. Deze configuratie moet bezorgdheid ontstaan vanwege de dreiging van plasmonische koppeling en cross-oververhitting in deze blaasjes. Daarom worden de macrofagen ingebed in biopolymere hydrogels die biologische weefsels na te bootsen, om te controleren dat de meeste stabiliteit van PA omzetting van de deeltjes wordt vastgehouden in de overgang van het groeimedium de endocytische blaasjes. effective meetcriteria zijn uitgewerkt om de stabiliteit van PA omzetting onder omstandigheden van onmiddellijk belang voor beeldvorming PA meten. Een nieuwe vorm drempel ligt helemaal aan het begin van de optische instabiliteit na een trein van 50 laserpulsen met de typische herhalingssnelheid van 10 Hz.
We zijn ervan overtuigd dat deze resultaten momentum kunnen dienen voor de ontwikkeling van nieuwe strategieën om plasmonische deeltjes te leveren aan tumoren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Opmerking: Alle concentraties van goud nanorods worden uitgedrukt in nominale Au molariteiten. Ter vergelijking met andere werken, mee dat 1 M Au ruwweg overeen met 20 uM goud nanorods, in ons geval.
1. Bereiding van kationische Gold nanorods
Opmerking: De werkwijze begint met de synthese van cetrimoniumbromide (CTAB) -getermineerd goud nanorods de autokatalytische reductie van HAuCl 4 met ascorbinezuur, volgens het protocol geïntroduceerd door Nikoobakht et al 25 en aangepast aan Ratto et al 26... Vervolgens worden deze goud nanorods worden gewijzigd om meer biocompatibiliteit en affiniteit krijgen voor plasma membranen, door de combinatie van polyethyleenglycol bundels 10, 11, 27, 28 en 22 quaternaire ammoniumverbindingen.
- Zuiver 24 ml CTAB-afgedekte gouden nanorods bij een concentration van 450 uM Au door twee cycli van centrifugatie (12.000 x g, 30 min) en decanteren. Zorg ervoor dat de verhouding van dode volume van het oorspronkelijke volume is ongeveer 1/200 of lager voor alle centrifugeren stappen in dit protocol. Gebruik 500 uM CTAB als waterige wasoplossing en tenslotte de deeltjes over in 6 ml 100 mM acetaatbuffer bij pH 5 met 500 uM CTAB en 0,005% (v / v) polysorbaat 20.
- Voeg 30 ul 10 mM waterige alfa-methoxy-omega-mercapto-poly (ethyleenglycol) (MW ~ 5000) en laten reageren gedurende 30 minuten bij 37 ° C.
- Voeg 30 ul 100 mM (11-Mercaptoundecyl) - N, N, N-trimethylammonium bromide in dimethylsulfoxide en laat rusten gedurende 24 uur bij 37 ° C.
- Voeg vervolgens 18 ml 0,005% (v / v) polysorbaat 20 in water en zuivering hiervan door vier cycli van centrifugatie (12.000 x g, 30 min) en decanteren. Met 0,005% (v / v) polysorbaat 20 in water als wasoplossing en tenslotte de deeltjes over in 2,4 ml steriel PBS bij pH7.4. De uiteindelijke nominale concentratie van goud is 4,5 mM.
2. Laden van Murine macrofagen met Gouden nanorods
- Gebruik de monocyt / macrophagic cellijn J774A.1 en DMEM aangevuld met 10% foetaal runderserum, 1 mM glutamine, 100 eenheden / ml penicilline en 100 ug / ml streptomycine als cultuurmedium. Plaat 5 x 10 5 cellen in vier petrischalen met een diameter van 60 mm en laat ze groeien 24 uur, om te worden subconfluente ten tijde van onthechting (zie stap 2,2).
- Gehele protocol behouden de cellen onder standaard kweekcondities (37 ° C, 5% CO2, 95% lucht en 100% relatieve vochtigheid). Gebruik een laminaire stroming kabinet en passende persoonlijke beschermingsmiddelen aan de cellen te manipuleren.
- Na 24 uur, laadt u de cellen met kationische goud nanorods en hen voorbereiden om te worden ingebed in chitosan films:
- Zodat de deeltjes tot worden door de cellen, voeg een hoeveelheid van 4,5kationische mM Au goud nanorods in PBS aan elke petrischaal, zodat een eindconcentratie van 100 uM Au bereiken. Laat de Petrischalen in incubatie gedurende 24 uur.
- Vervolgens nemen de cellen onder een optische microscoop om hun goede omstandigheden en de upload te bevestigen. De cellen moeten hun normale morfologie en een aantal donkere intracellulaire blaasjes vertonen. Maak de cellen door een schraper, samenvoegen die uit twee petrischalen, teneinde een geschikt aantal cellen bereiken de volgende stappen (minimaal 2 x 10 6 cellen) en centrifugeer ze (120 xg, 6 min) alle elimineren overmaat kationische goud nanorods. De cellulaire pellet moet kijken bijna zwart.
- Suspendeer de pellet in 2 ml PBS en tel de cellen door het gebruik van een Bürker kamer. Centrifugeer een suspensie met 2 x 10 6 cellen (120 xg, 6 min) en de pellet op te lossen in 2 ml 3,6% (w / v) formaldehyde in PBS gedurende tien minuten bij kamertemperatuur. Tenslotte driemaal wassen dit pellet door centrifugation (120 xg, 6 min) om het fixeermiddel verwijderd. Met PBS als wasoplossing.
3. Verankering van macrofagen in Chitosan Films
Opmerking: De bijzondere eigenschappen van chitosan 26, 27, 28, 29 worden benut biomimetische fantomen die MAK gekleurd met kationische goud nanorods produceren. Met betrekking tot andere hydrogels zoals agarose, chitosan maakt films die veel sterker en dunner zijn, wat essentieel is voor PA 6 microscopie. Het vervaardigen van deze fantomen volgens eerdere protocollen 29, 30, 31 met enkele modificaties zoals beschreven in het volgende 30 uitgevoerd.
- Bereid een aangezuurd (pH 4,5, verkregen door toevoeging van azijnzuur) of viskeuze 3% (w / v) laag gewicht chitosan molecuulgewicht (gemiddeld MW 120 kDa) oplossing grondig mengen enlaten gehomogeniseerd 24 uur bij 40 ° C.
- Vervolgens meng murine macrofagen bevattende kationische goud nanorods (2 x 10 6 cellen) met 500 pl chitosan oplossing.
- Voor het verkrijgen ~ 50 urn dik fantomen, giet 250 mg van het mengsel in 1,91 cm 2 polystyreen mallen en laat ze onder een stikstofstroom gedurende 24 uur. Daarna behandel deze monsters met 500 gl 1 M NaOH, teneinde verknoping te induceren en spoelen met 10 ml ultrazuiver water.
4. Test van de Stabiliteit van Fotoakoestisch Conversion
Opmerking: De stabiliteit van PA omzetting wordt onderzocht met behulp van PA experimenten met de zelfgemaakte opstelling die is beschreven in ref 6.
- Schorsen chitosan film die de macrofagen in DI-water, bijvoorbeeld door het gebruik van een plastic houder ondergedompeld in een petrischaal, zodat een afstand van ~ 5 mm van de bodem van de plaat te houden. Zet deze plaat op een micrometrische XY podiumteneinde het monster positieregeling.
- Richt een laserstraal met ~ 5 ns pulsduur in resonantie met de longitudinale plasmonische band van het goud nanorods (bijvoorbeeld van een optische parametrische oscillator door de derde harmonische van een Q-switched Nd gepompt: YAG laser met een golflengte van 400 - 2500 nm en pulsduur van 5 nsec) loodrecht op het filmoppervlak met een ~ 300 urn vlekdiameter.
- Plaats een verzwakker vóór de laser uitgang te stemmen de laser Fluence en gebruik een bundelsplitser deel van de laserstraal te richten op een energiemeter (bijvoorbeeld een pyro-elektrische detector) en monitor fluentie schommelingen. Handhaving van de optische Fluence hieronder ~ 1 mJ / cm2 per puls tijdens de uitlijning. Gebruik de juiste laserveiligheidsbrillen wanneer de laser is ingeschakeld.
- Dip een ultrasone transducer (frequentiebereik van 1 - 20 MHz) in de petrischaal ~ 2 mm off van de film oppervlak en de positie aan te passen met behulp van micrometrische vertalingenen rotatie fasen PA signaal uitgevoerd door de film te maximaliseren.
- Bepaal een sonde Fluence F-LO, dat niet de steekproef 6 niet beschadigt:
- Bestralen een willekeurig punt van het monster bij een fluentie ongeveer 1 mJ / cm2 per puls tenminste 500 pulsen. Voor elke puls verwerven de overeenkomstige PA signaal van de ultrasone transducer en laser Fluence de energiemeter met een oscilloscoop. Noem de gemiddelde Fluence als F LO trial.
- Bereken de intensiteit van de PA signaal de piek-tot-piek amplitude als functie van aantal pulsen. Om de laser intensiteitsfluctuaties tegengewicht, normaliseren de amplitude van elke PA signaal de verhouding tussen zijn eigen Fluence F LO proces. Analyseer de trend van de genormaliseerde PA intensiteit als functie van pulsaantal en de stabiliteit te verifiëren tijd.
- In het geval van instabiliteit, herhaalt u de stappen 4.4.1 tot 4.4.3 met een lagere waarde van de F-LO
- Meet een omvorming drempel Fluence:
- Kies ander willekeurig punt van het monster en de sonde een gemiddelde PA-intensiteit (I LO a) meer dan 500 pulsen op F LO.
- Stel een nominale Fluence groter dan F LO en leveren 50 pulsen. Noem hun gemiddelde Fluence als F exc.
- Sonde een gemiddelde PA-intensiteit (I LO b) meer dan 500 pulsen bij F LO weer. Bereken de verhouding R = I LO b / I LO a. Een waarde van R beneden eenheid geeft bewijs van een onomkeerbare verandering van de optische eigenschappen van het monster.
- Gebruik de micrometrische XY podium om de film te gaan en verander de point van het monster willekeurig. Herhaal stappen 4.5.1 tot 4.5.4 met verschillende waarden van F exc teneinde enkele waarden onder nemen van R, rond en boven eenheid. 15 punten zijn redelijk.
- Plot R als functie van F exc en identificeren van de herstructurering drempel fluentie F th als die waarde wanneer R begint te verschillen van buiten statistische onzekerheid. 6
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Hier is de haalbaarheid van cellulaire voertuigen die goud nanorods de PA beeldvorming van kanker getoond samen met typische resultaten van het protocol.
De TEM beelden in figuur 1 tonen de gebruikelijke weergave van de deeltjes na stap 1 en hun cellulaire voertuigen na stap 2. De bereiding van de deeltjes en de cellen voor TEM beeldvorming elders 17 beschreven. Kationische goud nanorods ondergaan een enorme accumulatie in macrofagen die hun normale morfologie behouden. Deeltjes blijken te zijn opgesloten binnen strakke endocytische blaasjes.
Een afbeelding optische transmissie van macrofagen met kationische goud nanorods Figuur 2a toont en verspreid in een chitosan fantoom na stap 3. Zoals blijkt uit deze coupe, de opname in de chitosan hydrogel niet eenffect de celmorfologie. Cellen worden goed gedispergeerd door het monster. Controles van chitosan films die goud nanorods zonder cellen homogeen zijn. Figuur 2b toont dat de typische plasmonische band van goud nanorods blijft behouden wanneer de deeltjes door de macrofagen worden genomen, in overeenstemming met onze eerdere werk 14, 32. Daarom effecten zoals plasmon koppeling aan segregatie in endocytische vesiculae en een differentiële opname van deeltjes met verschillende grootte en vorm die samen in een polydisperse colloïdale 28, 33 ervan een belangrijke rol in deze protocollen spelen. Figuur 2b toont eveneens de haalbaarheid van chitosan als een optische fantoom.
Figuur 3 toont de trend van R als functie van F exc gemeten volgens stap 4 en geeft een beeld van de data en de analyse die nodig zijn voor de determzoek van F th als per stap 4.5.5. F th bleek te zijn (11 ± 1) mJ / cm 2 in dit voorbeeld. PA metingen van dit monster gaf signalen signaal-ruisverhouding (SNR) van meer dan 20 gemiddeld over 500 pulsen op enkele mJ / cm 2, die een hoge nauwkeurigheid verschaft voor het onderzoek naar de stabiliteit van PA conversie van de cellulaire voertuigen.
Figuur 1. Kationische goud nanorods en macrofagen karakterisering a: (650 × 500) nm 2 TEM beeld van as-gesynthetiseerde goud nanorods, b, c en d:., Respectievelijk (13 x 8,6) micrometer 2, (2,3 x 1,7) micrometer 2 en (870 x 650) 2 nm TEM beelden van macrofagen behandeld met kationische goud nanorods. Het uiterlijk vande deeltjes in panel d wordt beïnvloed door hun neiging in de cel. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2. Chitosan film karakterisering a. Optische beeldoverdracht van macrofagen met kationische goud nanorods en verspreid in een chitosan fantoom b. Optische uitsterven spectra van chitosan fantomen die goud nanorods zonder cellen (volle zwarte lijn, controle monster) en macrofagen die goud nanorods (gebroken rode lijn). klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
<img alt = "Figuur 3" src = "/ files / ftp_upload / 53328 / 53328fig3highres.jpg" width = "350" />
Figuur 3. Cellular voertuigen fotostabiliteit. Ratio R van de intensiteiten van I LO genomen voor en na bestraling bij elke F exc versus F exc. De fout bars zijn afkomstig uit het signaal schommelingen op F LO. De omvorming drempelwaarde wordt uit deze gegevens R lager eenheid. De rode doorgetrokken lijn dient als leidraad voor het oog. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Het idee om tumor-geassocieerde macrofagen doel is in opkomst als een krachtig concept kanker 34, 35, 36 bestrijden. Hier, in plaats van de vernietiging, deze cellen worden gerekruteerd cellulaire voertuigen goud nanorods in een tumor te brengen, door de exploitatie van hun tropisme. Dit perspectief vergt een doordachte ontwerp van de deeltjes, hun integratie in de cellen en hun karakterisering. We hebben gevonden dat de fotostabiliteit van murine macrofagen geladen kationische goud nanorods niet lijdt aan het vasthouden van deeltjes in endocytische vesiculae, wat betekent dat hun plasmon koppeling en cross-oververhitting niet kritisch. We veronderstellen dat het PEG-strengen en de incidentie van vormen die buiten resonantie, zoals goud nanobolletjes, verhinderen de deeltjes in te strak contact, dat hun diameters 17 (ongeveer 10 nm) en een thermische diffusie lengte (ongeveer 30 nmin 5 nsec) voor plasmon koppelen en cross-oververhitting, respectievelijk.
Het protocol is innovatief met betrekking tot bestaande werkwijzen in het ontwerp van de deeltjes en het onderzoek van de fotostabiliteit. Het ontwerp van goud nanorods volgens stap 1 combineert de waarneming door Vigderman et al. 22 dat quaternaire ammoniumverbindingen zijn in staat om een massale opname van goud nanorods in endocytische blaasjes en het idee dat de cel penetrerende agenten met een kationische profiel 24 te rijden, 37 mei worden ingebed in een PEG schaal 38 en blijven functioneel, terwijl het verkrijgen van colloïdale stabiliteit en biocompatibiliteit 28. Inderdaad stap 1 lijkt op de werkwijze door Yuan et al. 38, de vervanging van cel penetrerende peptiden met kleinere en goedkopere quaternaire ammoniumverbindingen. Met deze wijzigingen, kationische goud nanorods zijn multifunctioneel en duurzaam. Aangezien deze deeltjes;es zijn bedoeld als contrastmiddelen voor PA imaging, een PA sonde is ideaal om hun functionele kenmerken te testen. De meting van de stabiliteit van PA conversie door de definitie van een omvorming drempel in stap 4 is kwantitatief en reproduceerbaar, die unieke eigenschappen in het kader van de wetenschappelijke literatuur. Bovendien hebben we er rekening mee dat deze methode een kalibratie van de PA-apparatuur niet nodig.
Kritische stappen in het protocol zijn de fabricage van de chitosan films aan de cellulaire voertuigen inspecteren qua efficiëntie als contrastmiddelen voor beeldvorming PA. Chitosan is een lineaire keten biopolymeer bestaande uit glucosamine en N-acetyl glucosamine residuen met elkaar verbonden door 1,4-glycosidische bindingen. Sommige fysiochemische eigenschappen van chitosan, zoals de poriegrootte, porositeit en mechanische eigenschappen, alsmede zijn veelzijdigheid en handigheid, maken het een ideale keuze voor de vervaardiging van hydrogels in de vorm van dunne films of poreuze membranen 29, 39, 40. Bovendien is de polysaccharide hoofdketen van chitosan is structureel vergelijkbaar met glycosaminoglycanen, de belangrijkste component van de extracellulaire matrix van bindweefsels, die het gebruik ervan voor engineering en biomimetische celondersteunende stellage 41 heeft bevorderd. Overall, chitosan hydrogels vertonen thermische en elastische moduli die representatief bindweefsel 29, 41, 42 de ideale PA tests. Zorg moet worden genomen om films met de juiste dikte (50 um), lage optische troebelheid en goede homogeniteit. Merk op dat de in stap 3 doses zijn geoptimaliseerd. De viskeuze suspensie van murine macrofagen in chitosan gemengd worden vuldig volgens stap 3,2. Deze instructies zijn deze films al gebruikt om de stabiliteit van PA omzetting van goud nanorods van 6 verschillende grootte te vergelijken.
Possible modificaties van de protocollen zijn bereiding van de kationische goud nanorods en cellulaire voertuigen in stappen 1 en 2. De werkwijze in stap 1 kan worden onderworpen aan verbeteringen, bijvoorbeeld door substitutie van de cel penetrerende agent of de lengte van de PEG strengen etc., teneinde interferentie met de fysiologie van de tumor-geassocieerde macrofagen minimaliseren. Het gebruik van liganden die specifiek zijn voor macrofagen kan optioneel 43 zijn. Andere parameters die de opname van de deeltjes van invloed zijn onder andere de grootte en de vorm 33 en hun anorganische coating. Bijvoorbeeld kan een schil van silica een combinatie van internalisatie 44, optische stabiliteit tegen aggregatie 17 en PA stabiliteit 7 geven ten koste van verfijning en vreemd materiaal. De hypothese dat de endosomale route van opname een gemeenschappelijk effect 33, 43, 44 kunnen
Beperkingen van het protocol onder meer de noodzaak om vaste cellen in plaats van levende cellen te gebruiken, omdat de voorschriften in stap 3 zijn onverenigbaar met het behoud van de cellaire levensvatbaarheid. Andere beperkingen hebben betrekking op de noodzaak van een voldoende SNR bij het bepalen van een sonde fluentie in stap 4,4, wat zich vertaalt in een voldoende combinatie van optische absorptie en fotostabiliteit van de film.
Tot slot hebben we beschreven een innovatief protocol voor te bereiden en een functionele karakterisering van cellulaire voertuigen die haalbaar als contrastmiddelen voor fotoakoestische beeldvorming zijn uit te voeren. We hebben ontdekt dat de introductie van goud nanorods in muizen macrofagen geen negatieve invloed op hun fotostabiliteit. De focus van de huidige werk aan de fysiologie van deze cellen, met speciale aandacht voor hun levensvatbaarheid en chemotactische activiteit. In de toekomst zal deze methode worden getest aan de voorbereiding van de verschillende cellulaire voertuigen met verschillende oplossingen van optische contrastmiddelen te onderzoeken. De PA sonde kan ook dienen om de targetability van optische contrastmiddelen testen om kwaadaardige cellen in vitro,zonder gebruik van mobiele voertuigen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs verklaren dat ze geen concurrerende financiële belangen.
Acknowledgments
Dit werk werd gedeeltelijk ondersteund door Regione Toscana en de Europese Gemeenschap in het kader van de ERANET + Projecten LUS BEL en BI-TRE.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Hexadecyltrimethylammonium bromide | Sigma-Aldrich | H6269 | To synthesize gold nanorods |
| Gold(III) chloride trihydrate | Sigma-Aldrich | 520918 | To synthesize gold nanorods |
| Silver nitrate | Sigma-Aldrich | S6506 | To synthesize gold nanorods |
| L-ascorbic acid | Sigma-Aldrich | A5960 | To synthesize gold nanorods |
| Sodium borohydride | Sigma-Aldrich | To synthesize gold nanoseeds | |
| MeO-PEG-SH | Iris Biotech | PEG1171 | To PEGylate gold nanorods. Molecular weight about 5,000 Da. |
| Acetic acid | Sigma-Aldrich | 320099 | To PEGylate gold nanorods and solubilize chitosan |
| Sodium acetate | Sigma-Aldrich | S8750 | To PEGylate gold nanorods |
| (11-Mercaptoundecyl)-N,N,N-trimethylammonium bromide | Sigma-Aldrich | 733305 | To modify gold nanorods with quaternary ammonium compounds |
| Dimethyl sulfoxide | Sigma-Aldrich | 276855 | To solubilize (11-mercaptoundecyl)-N,N,N-trimethylammonium bromide |
| Polysorbate 20 | Sigma-Aldrich | P2287 | To centrifuge PEGylated gold nanorods |
| PBS | Lonza | BE17-516F | To suspend gold nanorods before incubation with cells and to treat pellets of cells |
| J774a.1 | ATCC | TIB-67 | Monocyte/macrophage murine cell line |
| DMEM | Lonza | BE12-707F | Cell culture medium |
| FBS | Lonza | DE14-801F | To be added to cell culture medium |
| L-glutamine | Lonza | BE17-605E | To be added to cell culture medium |
| Penicillin/streptomycin | Lonza | DE17-602E | To be added to cell culture medium |
| Petri dish | NEST | 705001 | Cell culture dish |
| Cell scraper | EuroClone | ES7018 | To detach cells |
| Formaldehyde | Fluka | 47630 | To fix cells |
| Chitosan, low molecular weight | Sigma-Aldrich | 448869 | 75-85% deacetylated. Molecular weight about 120,000 Da. |
| Sodium hydroxyde | Sigma-Aldrich | 306576 | To insolubilize chitosan and generate the hydrogel |
| Polystyrene cell culture plates | NEST | 702011 | Used as molds to fabricate chitosan hydrogels |
| Optical parametric oscillator pumped by the third harmonic of a Q-switched Nd:YAG laser | Continuum, Santa Clara, USA | Surelite OPO plus | Source of optical excitation for photoacoustic tests |
| Pyroelectric detector | Gentec, Quebec, Canada | QE8SP | To monitor optical fluence for photoacoustic tests |
| Pre amplified needle hydrophone | Precision Acoustic, Dorset, UK | Model with 1 mm sensor diameter and 1-20 MHz frequency range | To measure photoacoustic signals |
References
- Ratto, F., Matteini, P., Centi, S., Rossi, F., Pini, R. Gold nanorods as new nanochromophores for photothermal therapies. J. Biophotonics. (1-2), 4-41 (2011).
- Dreaden, E. C., Alkilany, A. M., Huang, X., Murphy, C. J., El-Sayed, M. A. The golden age: gold nanoparticles for biomedicine. Chem. Soc. Rev. 41, 2740-2779 (2012).
- Hahn, M. A., Singh, A. K., Sharma, P., Brown, S. C., Moudgil, B. M. Nanoparticles as Contrast Agents for in-Vivo Bioimaging: Current Status and Future Perspectives. Anal. Bioanal. Chem. 399 (1), 3-27 (2011).
- Dreaden, E. C., Austin, L. A., Mackey, M. A., El-Sayed, M. A. Size matters: gold nanoparticles in targeted cancer drug delivery. Ther. Deliv. 3 (4), 457-478 (2012).
- Manohar, S., Ungureanu, C., Van Leeuwen, T. G. Gold nanorods as molecular contrast agents in photoacoustic imaging: The promises and the caveats. Contrast Media Mol. Imaging. 6 (5), 389-400 (2011).
- Cavigli, L., et al. Size Affects the Stability of the Photoacoustic Conversion of Gold Nanorods. J. Phys. Chem. C. 118 (29), 16140-16146 (2014).
- Chen, L. -C., et al. Enhanced photoacoustic stability of gold nanorods by silica matrix confinement. J. Biomed. Opt. 15 (1), 016010 (2010).
- Ratto, F., et al. CW laser-induced photothermal conversion and shape transformation of gold nanodogbones in hydrated chitosan films. J. Nanopart. Res. 13, 4337-4348 (2011).
- Mercatelli, R., et al. Quantitative readout of optically encoded gold nanorods using an ordinary dark-field microscope. Nanoscale. 5 (20), 9645-9650 (2013).
- Von Maltzahn, G., et al. Computationally guided photothermal tumor therapy using long-circulating gold nanorod antennas. Cancer Res. 69 (9), 3892-3900 (2009).
- Jokerst, J. V., Cole, A. J., Van De Sompel, D., Gambhir, S. S. Gold nanorods for ovarian cancer detection with photoacoustic imaging and resection guidance via Raman imaging in living mice. ACS Nano. 6 (11), 10366-10377 (2012).
- Huang, X., et al. A reexamination of active and passive tumor targeting by using rod-shaped gold nanocrystals and covalently conjugated peptide ligands. ACS Nano. 4 (10), 5887-5896 (2010).
- Alkilany, A. M., Thompson, L. B., Boulos, S. P., Sisco, P. N., Murphy, C. J. Gold nanorods: Their potential for photothermal therapeutics and drug delivery, tempered by the complexity of their biological interactions. Adv. Drug Deliv. Rev. 64, 190-199 (2012).
- Centi, S., et al. In vitro assessment of antibody-conjugated gold nanorods for systemic injections. J. Nanobiotechnology. 12, 55 (2014).
- Jain, P. K., Eustis, S., El-Sayed, M. A. Plasmon coupling in nanorod assemblies: Optical absorption, discrete dipole approximation simulation, and exciton-coupling model. J. Phys. Chem. B. 110 (37), 18243-18253 (2006).
- Funston, A. M., Novo, C., Davis, T. J., Mulvaney, P. Plasmon coupling of gold nanorods at short distances and in different geometries. Nano Lett. 9 (4), 1651-1658 (2009).
- Mazzoni, M., Ratto, F., Fortunato, C., Centi, S., Tatini, F., Pini, R. Partial Decoupling in Aggregates of Silanized Gold Nanorods. J. Phys. Chem. C. 118 (34), 20018-20025 (2014).
- Lapotko, D. O., Lukianova, E., Oraevsky, A. A. Selective laser nano-thermolysis of human leukemia cells with microbubbles generated around clusters of gold nanoparticles. Lasers Surg. Med. 38 (6), 631-642 (2006).
- Choi, M. R., et al. A cellular trojan horse for delivery of therapeutic nanoparticles into tumors. Nano Letters. 7 (12), 3759-3765 (2007).
- Dreaden, E. C., Mwakwari, S. C., La Austin,, Kieffer, M. J., Oyelere, A. K., El-Sayed, M. A. Small molecule-gold nanorod conjugates selectively target and induce macrophage cytotoxicity towards breast cancer cells. Small. 8 (18), 2819-2822 (2012).
- Yang, T. D., et al. Real-time phase-contrast imaging of photothermal treatment of head and neck squamous cell carcinoma: an in vitro study of macrophages as a vector for the delivery of gold nanoshells. J. Biomed. Opt. 17 (12), 128003 (2012).
- Vigderman, L., Manna, P., Zubarev, E. R. Quantitative Replacement of Cetyl Trimethylammonium Bromide by Cationic Thiol Ligands on the Surface of Gold Nanorods and Their Extremely Large Uptake by Cancer Cells. Angew. Chem. Int. Ed. (English). 51 (3), 636-641 (2012).
- Richard, J. P., et al. Cell-penetrating peptides: A reevaluation of the mechanism of cellular uptake. J. Biol. Chem. 278 (1), 585-590 (2003).
- Delehanty, J. B., Boeneman, K., Bradburne, C. E., Robertson, K., Bongard, J. E., Medintz, I. L. Peptides for specific intracellular delivery and targeting of nanoparticles: implications for developing nanoparticle-mediated drug delivery. Ther. Deliv. 1, 411-433 (2010).
- Nikoobakht, B., El-Sayed, M. A. Preparation and growth mechanism of gold nanorods (NRs) using seed-mediated growth method. Chem. Mater. 15 (10), 1957-1962 (2003).
- Ratto, F., Matteini, P., Rossi, F., Pini, R. Size and shape control in the overgrowth of gold nanorods. J. Nanopart. Res. 12 (6), 2029-2036 (2009).
- Niidome, T., et al. PEG-modified gold nanorods with a stealth character for in vivo applications. J. Control. Release. 114 (3), 343-347 (2006).
- Tatini, F., et al. Size dependent biological profiles of PEGylated gold nanorods. J. Mater. Chem. B. 2, 6072-6080 (2014).
- Matteini, P., Ratto, F., Rossi, F., Centi, S., Dei, L., Pini, R. Chitosan films doped with gold nanorods as laser-activatable hybrid bioadhesives. Adv. Mater. 22 (38), 4313-4316 (2010).
- Matteini, P., Ratto, F., Rossi, F., de Angelis, M., Cavigli, L., Pini, R. Hybrid nanocomposite films for laser-activated tissue bonding. J. Biophotonics. 5 (11-12), 868-877 (2012).
- Matteini, P., Tatini, F., Cavigli, L., Ottaviano, S., Ghini, G., Pini, R. Graphene as a photothermal switch for controlled drug release. Nanoscale. 6, 7947-7953 (2014).
- Ratto, F., Witort, E., et al. Plasmonic Particles that Hit Hypoxic Cells. Adv. Funct. Mater. 25 (2), 316-323 (2015).
- Chithrani, D. B. Intracellular uptake, transport, and processing of gold nanostructures. Molec. Membrane Biol. 27 (7), 299-311 (2010).
- Mitchem, J. B., et al. Targeting tumor-infiltrating macrophages decreases tumor-initiating cells, relieves immunosuppression, and improves chemotherapeutic responses. Cancer Res. 73 (3), 1128-1141 (2013).
- Mantovani, A., Allavena, P. The interaction of anticancer therapies with tumor-associated macrophages. J. Exp. Med. 212 (4), 435-445 (2015).
- Panni, R. Z., Linehan, D. C., DeNardo, D. G. Targeting tumor-infiltrating macrophages to combat cancer. Immunotherapy. 5 (10), 1075-1087 (2013).
- Oh, E., et al. Cellular uptake and fate of PEGylated gold nanoparticles is dependent on both cell-penetration peptides and particle size. ACS Nano. 5 (8), 6434-6448 (2011).
- Yuan, H., Fales, A. M., Vo-Dinh, T. TAT peptide-functionalized gold nanostars: Enhanced intracellular delivery and efficient NIR photothermal therapy using ultralow irradiance. J. Am. Chem. Soc. 134 (28), 11358-11361 (2012).
- Ladest, S., Fales, A. M., Domard, A.
- Matteini, P., et al. Photothermally activated hybrid films for quantitative confined release of chemical species. Angew. Chem. Int. Ed. (English). 52, 5956-5960 (2013).
- Khor, E., Lim, L. Y.
- Kennedy, L. C., et al. T cells enhance gold nanoparticle delivery to tumors in vivo. Nanoscale Res. Lett. 6 (1), 283 (2011).
- Pissuwan, D., Valenzuela, S. M., Killingsworth, M. C., Xu, X., Cortie, M. B. Targeted destruction of murine macrophage cells with bioconjugated gold nanorods. J. Nanopart. Res. 9 (6), 1109-1124 (2007).
- Jokerst, J. V., Thangaraj, M., Kempen, P. J., Sinclair, R., Gambhir, S. S. Photoacoustic imaging of mesenchymal stem cells in living mice via silica-coated gold nanorods. ACS Nano. 6 (7), 5920-5930 (2012).
- Ding, H., et al. Gold nanorods coated with multilayer polyelectrolyte as contrast agents for multimodal imaging. J. Phys. Chem. C. 111 (34), 12552-12557 (2007).
- Esposito, G., et al. et al. In vivo laser assisted microvascular repair and end-to-end anastomosis by means of indocyanine green-infused chitosan patches: A pilot study. Lasers Surg. Med. 45 (5), 318-325 (2013).
