방법 논문

항체 기능성 SERRS 나노프로브 기반 이미징: 전이성 난소암을 생체 내에서 감지하기 위한 고감도 라만 이미징 기술

2023년 4월 30일

이 논문에서

초록

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출처: Andreou, C. et al. 엽산 수용체 표적화를 통해 미세한 난소암을 검출하기 위한 표면 강화 공명 라만 산란 나노프로브 비율계법. J. Vis. 특급 (2019년)

이 동영상은 표적 나노프로브, 특이적 항수용체 항체 및 비표적 대조군 나노프로브를 사용하여 전이성 난소암을 검출하는 표면 강화 공명 라만 산란 기술에 대해 설명합니다. 이 방법은 두 나노 프로브의 상대적 풍부도를 결정하고 내장 배경에서 암세포를 구별하는 데 도움이 됩니다.

프로토콜

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동물 모델과 관련된 모든 절차는 지역 기관 동물 관리 위원회와 JoVE 수의학 검토 위원회에서 검토되었습니다.

1. 골드 나노 스타 코어 합성

참고: 금 나노스타는 이 실험에 사용된 두 가지 맛의 SERRS 나노프로브의 코어로 사용됩니다.

  1. 탈이온수(DI)에 60mM 아스코르브산(C6, H,8, O6) 용액 800mL를 준비하고 DI 물에 20mM 테트라클로로아우르산(HAuCl4) 용액 8mL를 준비합니다. 4 °C로 식히십시오.
  2. 이 반응 단계를 4°C에서 수행합니다.아스코르브산 용액 800mL가 들어 있는 원뿔형 플라스크를 자기 교반 플레이트에 놓고 일정한 와류를 유도합니다. 8mL의 테트라클로로오우르산 용액을 소용돌이에 빠르게 첨가합니다. 몇 초 안에 나노 별이 형성되고 용액은 짙은 파란색을 띠게됩니다. 언제든지 색상이 분홍색 또는 자주색이 되어 나노구체의 형성을 의미하면 현탁액을 버리고 합성을 다시 시도해야 합니다.
  3. nanostar 현탁액을 50mL 코니컬 튜브에 붓고 20분(4°C, 3,220 x g) 동안 원심분리기를 합니다. 각 튜브에 약 200μL의 용액을 남기고 상층액을 흡입합니다. 튜브 바닥에 있는 나노 입자 펠릿을 방해하지 않도록 주의하십시오.
    메모: 상등액은 남아 있는 부유 나노스타 때문에 파란색 색조를 가져야 합니다.
  4. 마이크로피펫을 사용하여 용액을 교반하여 각 튜브에서 나노 입자를 현탁하고 수집합니다. 펠릿의 일부는 튜브 바닥에 압축될 수 있으며 격렬한 피펫팅으로도 다시 부유하지 않습니다 – 이 부분은 버리십시오.
  5. 나노 입자 현탁액을 투석 카세트(MWCO 3.5kDa)로 옮기고 2L의 DI 물에 대해 최소 3일 동안 투석하고 매일 물을 교체합니다. 나노 스타를 4 ° C에서 투석하여 최대 한 달 동안 보관하고 3-4 일마다 물을 갈아줍니다 .
    메모: 나노스타는 섹션 2에 설명된 대로 실리케이트 반응에 필요할 때까지 투석을 받아야 합니다.

2. 실리카 껍질의 형성

참고: 두 가지 맛의 라만 나노프로브가 합성됩니다. 합성 절차는 둘 다 동일하지만 유일한 차이점은 사용된 라만 리포터 분자(염료)입니다. 이 실험에서는 IR780 과염소산염 및 IR140이 사용됩니다. 반응은 항상 플라스틱 용기에서 수행되어야 합니다. 합성은 확장성이 뛰어나며 필요한 주입량에 맞게 조정할 수 있습니다. 여기에서는 중간 배치 합성에 대해 설명하며, 이는 동일한 농도 및 반응 시간으로 필요에 따라 더 낮거나 더 높은 부피로 선형으로 확장될 수 있습니다. 두 가지 SERRS 나노 프로브 유형에 대한 반응은 병렬로 수행 할 수 있습니다. 교차 오염을 피하도록 주의하십시오. 세척 단계 중 원심분리 후 또는 나노 입자를 1시간 이상 보관한 후 나노 입자 펠릿의 재분산을 위해 초음파 처리를 수행해야 합니다. 초음파 처리는 나노 입자가 용액에 명확하게 현탁 될 때까지 일반적으로 1 초 동안 수행해야합니다.

  1. 튜브 A(50mL 코니컬 튜브)에서 이소프로판올 10mL, TEOS 500μL, DI water 200μL 및 염료 60μL(IR780 과염소산염 또는 IR140, DMF(디메틸포름아미드) 중 20mM)를 혼합합니다.
  2. 튜브 B(15mL 원추형 튜브)에서 3mL의 에탄올과 200μL의 수산화암모늄을 혼합합니다. 1.4단계에서 나노스타를 초음파 처리하여 용액의 모든 클러스터를 분산시키고 튜브에 1.2mL의 나노스타를 추가합니다.
    참고: 수산화암모늄 용액은 휘발성이 높아 정확하게 파이펫팅하기 어렵습니다. 피펫팅을 용이하게 하기 위해 필요할 때까지 4 °C에서 보관하십시오.
  3. 튜브 A를 와류 믹서에 놓고 일정한 와류를 유도합니다. 튜브 B의 내용물을 소용돌이에 빠르게 추가하고 약 5초 동안 계속 혼합합니다. 즉시 셰이커로 옮기고 실온에서 300rpm으로 흔들면서 15분 동안 반응하도록 합니다.
  4. 15분 배양 후 에탄올을 첨가하여 50mL 튜브를 채워 반응을 소멸시킵니다. 3,220 x g 및 4 °C에서 20분 동안 원심분리기.
  5. 상등액을 흡입하고 약 0.5mL의 용액을 남기고 펠릿을 방해하지 않도록 주의하십시오. 에탄올 1mL를 넣고 피펫으로 교반하여 나노 입자를 재현탁시킵니다. 1.5 mL 원심 분리 튜브로 옮기고 11,000 x g에서 4 분 동안 원심 분리하여 에탄올로 4 회 세척하고 상층액을 흡입하고 약 1 초 동안 초음파로 펠렛을 재현탁시킵니다.
  6. 참고: 이 단계에서 규산된 나노 입자는 섹션 3에 설명된 대로 기능화되거나 추가 세척 단계를 통해 DI 물에 재현탁하여 4°C에서 최대 일주일 동안 보관할 수 있습니다.

3. 표면 기능화

참고: IR780 SERRS 나노프로브는 PEG 교차결합제를 통해 엽산 수용체 표적 항체와 접합되어 αFR-NP를 형성합니다. IR140 SERRS 제어 나노프로브는 nt-NP용 부동태화 PEG 단층과 결합됩니다. 두 가지 맛은 별개이지만 평행 반응에서 티올-말레이미드 반응을 통해 형성됩니다.

  1. 11,000 x g에서 4분 동안 원심분리하여 나노 입자를 두 번 세척하고, 상층액을 흡인하고, 초음파에 의해 1mL의 에탄올에 펠렛을 재현탁시킵니다. 세척 단계를 한 번 더 반복하되 85% 에탄올 1mL, 10% 3-MPTMS(3-메르캅토프로필트리메톡시실란) 및 5% DI 물에 재분산시킵니다. 실온에서 1-2시간 동안 배양하여 입자 표면에 티올을 주입합니다.
  2. 11,000 x g에서 4분 동안 원심분리하고, 상층액을 흡인하고, 초음파로 펠릿을 재현탁시키고, 에탄올에서 2회, DI에서 2회, 마지막으로 HEPES(4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid) 완충액(10mM, pH 7.1)에서 티올 기능화 나노입자를 세척하고 따로 보관합니다.
  3. 참고: MES(2-(N-모르폴리노) 에탄술폰산) 완충액 또는 HEPES를 사용해야 합니다. PBS(인산염 완충 식염수)와 같이 염도가 높은 완충액은 나노입자 응집을 유도할 수 있습니다.
  4. 항체 기능화 αFR-NP의 경우, 200μg의 항체(항엽산 결합 단백질 항체 클론[LK26])를 500μL의 MES 완충액(10mM, pH 7.1)에서 10배 이상의 PEG 가교제(폴리(에틸렌 글리콜)(N-하이드록시숙신이미드 5-펜타노에이트) 에테르 N'-(3-말레미도프로피오닐) 아미노에탄(CAS: 851040-94-3), 디메틸 설폭사이드(DMSO))와 30분 동안
  5. 반응시킵니다.
  6. 원심필터(MWCO 100 kDa)에서 항체-PEG 용액을 원심분리하여 과도한 가교제를 제거하고 항체를 농축합니다. 이 연구에 사용된 원심 필터의 경우 14,000 x g 및 23°C에서 10분 동안 원심분리를 수행합니다. 필터를 뒤집고 1,000 x g에서 2분 동안 원심분리하여 새 튜브에서 접합된 항체를 회수합니다.
  7. 3.2단계의 IR780 나노입자를 항체와 함께 튜브에 피펫팅하고 피펫으로 교반하여 혼합합니다. 혼합물을 실온에서 최소 30분 동안 또는 4°C에서 하룻밤 동안 배양하여 αFR-NP를 형성합니다.
  8. nt-NP를 형성하기 위해 3.2 단계의 IR140 SERRS 나노 입자에 DMSO에 용해 된 1 % w / v 메 톡시 말단 (m) PEG5000-maleimide (CAS : 99126-64-4)를 첨가하고 실온에서 최소 30 분 동안 또는 4 ° C에서 밤새 500 μL MES 완충액 (10 mM, pH 7.1)에서 반응시킨다.
  9. 마우스에 투여하기 위해(섹션 4), 11,000 x g에서 4분 동안 두 나노프로브 향을 모두 스핀다운하고, 상등액을 흡인하여 유리 미반응 항체/PEG로 용액을 제거하고, MES 완충액(10mM, pH 7.1)에서 각 향을 600pM 농도로 재분산합니다. 나노입자를 재현탁할 때 항체의 변성을 방지하기 위해 초음파에 대한 불필요한 노출을 최소화합니다.

4. 나노 프로브 주입 및 이미징

  1. 섹션 1-3에 설명된 대로 나노프로브(αFR-NP 및 nt-NP)를 준비하고 MES 완충액(10mM, pH 7.1)에서 각 유형의 최종 농도 300pM에 대해 1:1 비율로 혼합합니다. 선택적으로, 작은(100μL) 원뿔형 튜브에서 각 나노프로브 맛의 30pM에 대한 참조 표준물질을 준비합니다.
  2. 각 마우스에 1mL의 나노 입자 현탁액을 복강내 주입하고 배를 부드럽게 마사지하여 나노 입자가 복막강 내에 분포되도록 합니다. 마우스를 하우징으로 되돌립니다. 25분 이상 경과한 후 CO2 질식을 통해 마우스를 안락사시킵니다.
  3. 누운 위치에서 수술 플랫폼에 마우스를 고정합니다(전체 복부 이미징의 경우 플랫폼은 정립 현미경 스테이지에 장착할 수 있어야 함).
    1. 톱니 모양의 집게와 해부 가위를 사용하여 피부를 제거하여 복막을 드러내고 큰 시상 절개 (길이 2-3cm)를 수행하여 복부 전체를 노출시킵니다. 복막 플랩을 플랫폼에 부착합니다. 플라스틱 분무기를 사용하여 최소 60mL의 PBS로 복막강 내부를 씻습니다.
      참고: 복부 전체를 방해받지 않고 촬영할 수 있으려면 장을 동원하거나 절제해야 합니다. 절제의 경우, 복강으로의 출혈을 줄이기 위해 장간막 혈관의 결찰로 절제합니다.
    2. 또는 특정 장기를 이미지화하려면 PBS 세척 후 절제하고 현미경 슬라이드에 놓습니다.
  4. 플랫폼 또는 슬라이드를 직립 광학 구성과 이미징을 위한 전동 스테이지가 있는 라만 마이크로분광 광도계로 옮기십시오. 1,115cm-1을 중심으로 mm당 1,200개의 홈이 있는 격자가 있는 300mW 785nm 다이오드 레이저가 있는 상용 시스템을 사용하십시오.
    1. Raman 레이저와 동초점인 백색광 광학 장치를 사용하여 관심 영역에 초점을 맞춥니다. 이미지화할 영역과 원하는 해상도를 선택합니다. 이 보고서에서는 고속 획득 모드(유효 공간 해상도 14.2μm x 200μm, 5배 배율, 대물렌즈에서 100mW 출력, 포인트당 <100ms 노출)를 사용하여 현미경 스테이지가 지속적으로 움직이는 연속 레이저 조명 하에서 획득한 스펙트럼)이 사용되었습니다.
      메모: 원하는 경우 Step 4.1의 참조 나노프로브가 있는 튜브를 이미징된 영역 내에 배치하여 후속 분석을 위한 내부 참조 표준을 제공할 수 있습니다. 레이저 이외의 외부 광원이 대물렌즈에 도달하지 않도록 하십시오.
  5. 선택적으로, 4°C에서 하룻밤 동안 PBS의 4% 파라포름알데히드에 고정하여 조직학적 처리 및 검증을 위해 샘플을 준비합니다. 4°C에서 15분 동안 PBS로 최소 두 번 헹굽니다. 표준 조직학적 처리 및 파라핀 포매가 완료될 때까지 샘플을 70% 에탄올에 담근 상태로 물에 보관하십시오. 종양의 조직학적 검증을 위해 파라핀 블록의 서로 다른 깊이에서 나온 절편(5μm 두께)을 헤마톡실린과 에오신(H&E)으로 염색할 수 있습니다.

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공개 사항

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재료

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이름회사카탈로그 번호댓글
시약의 이름
아스코르브산 시그마-알드리치A5960
3-MPTMS시그마-알드리치175617
수산화암모늄 (28%)시그마-알드리치338818
항엽산 수용체 항체 [LK26] 앱캠AB3361
디메틸 설폭사이드 시그마-알드리치276855
디메틸 설폭사이드(무수) 시그마-알드리치276855
에탄올 시그마-알드리치792780
IR140시그마-알드리치260932
IR780 과염소산염*시그마-알드리치576409중단*
이소프로파놀 시그마-알드리치650447
N.N.디메틸포름아미드시그마-알드리치227056
*IR792시그마-알드리치425982*얼터너티브
테트라에틸 오르토실리케이트시그마-알드리치86578
PEG-말레이미드시그마-알드리치900339
PEG 가교제시그마-알드리치757853
테트라클로로오우르산시그마-알드리치244597
장비 이름
투석 카세트(3,500MWCO) 써모피셔87724
원심 밀리포어 UFC510096
inVia 컨포칼 라만 현미경 레니쇼
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