Мы показываем подготовку и рассматриваем возможность использования клеточных транспортных средств, содержащих золотые наностержни, для фотоакустической визуализации рака.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Мы показываем подготовку и рассматриваем возможность использования клеточных транспортных средств, содержащих золотые наностержни, для фотоакустической визуализации рака.
Золотые наностержни являются привлекательными для ряда биомедицинских применений, таких как фототермической абляции и фотоакустическом визуализации рака, благодаря их интенсивного оптического поглощения в ближней инфракрасной области окна, низкий уровень цитотоксичности и потенциал дома в опухоли. Тем не менее, их доставки к опухоли по-прежнему остается проблемой. Инновационный подход состоит из эксплуатации тропности опухолеассоциированными макрофагов , которые могут быть загружены с золотыми наностержней в пробирке. Здесь мы опишем подготовку и Фотоакустический осмотр транспортных средств, содержащих клеточных золотых наностержней. ПЭГилированные золотые наностержни, модифицированные соединения четвертичного аммония, с целью достижения профиля катионной. При контакте с мышиными макрофагами в обычных чашках Петри, эти частицы оказываются претерпевают массовое потребление в эндоцитических везикул. Затем эти клетки встраиваются в биополимерных гидрогелей, которые используются для проверки того, что стабильность фотоакустическом преобразованиячастиц сохраняется в их включения в клеточные транспортные средства. Мы уверены в том, что эти результаты могут обеспечить новое вдохновение для разработки новых стратегий для доставки плазмонных частиц к опухолям.
За последнее десятилетие различные плазмонных частицы , такие как золото наностержней, нанооболочек и наноклеток, получили большое внимание для применения в биомедицинской оптики 1, 2, 3, 4. В противоречии со стандартными золотыми наносферы, эти новые частицы резонируют в окне ближней инфракрасной области спектра (NIR) , которая обеспечивает глубокой оптического проникновения через тело и самого высокого оптического контраста над эндогенными компонентами 1. Эта особенность вызвала интерес к инновационных приложений, таких как фотоакустическом (ПА) и в производстве фототермическому абляции рака. Тем не менее, ряд вопросов, сдерживать клиническое проникновение этих частиц. Например, их оптическая активация имеет тенденцию вызывать их перегрев и модифицировать их функциональные формы в сторону более сферических профилей, которые приводит в действие photoinstability 5, 6, 7, 8 SUP>, 9. Другой вопрос, который доминирует в научной дискуссии является их системная доставка в опухоли. В частности, золотые наностержни комбинировать размеры, которые идеально подходят для пронизывают опухолей, которые показывают повышенную проницаемость и удерживание и легкость сопряжения с специфическими зондами злокачественных маркеров. Таким образом, их подготовка к прямой инъекции в кровоток воспринимается как осуществимый схеме 10, 11, 12, 13. Тем не менее, этот маршрут остается проблематичным, причем большая часть частиц становится охваченными системой мононуклеарных фагоцитов 10, 11, 12. Кроме того, еще одна проблема заключается в оптический и биохимический стабильность частиц после циркуляции через корпус 14. Когда частицы теряют коллоидной стабильности и заполнитель, их плазмонных особенности и динамика теплопередачи может пострадать от плазмонного муфты 15, 16, 17 и поперечного перегрева 18.
Совсем недавно, понятие эксплуатировать тропизм опухолеассоциированными макрофагов возникла как альтернатива смарт - 19, 20, 21. Эти клетки держать врожденную способность обнаруживать и пронизывают опухолей с высокой специфичностью. Таким образом, одна перспектива может быть , чтобы изолировать эти клетки от пациента, загружать их с золотыми наностержней в пробирке , а затем вводят их обратно в организм пациента, с намерением использовать их в качестве клеточных транспортных средств, отвечающих за доставку. Еще одним преимуществом было бы получить больше контроля над оптической и биохимической стабильности частиц, так как их биологический интерфейс будет построен в пробирке. Тем не менее, характеристики этих клеточных транспортных средств в качестве оптических контрастных агентов необходим критический анализ.
В этой работе мы описываем подготовку и критические вопросы cellulА.Р. транспортных средств, содержащих золотые наностержни для визуализации ПА рака. ПЭГилированные золотые наностержни , модифицированные соединения четвертичного аммония 22, с тем чтобы добиться катионный профиль , который , как ожидается, способствовать их взаимодействия с плазматических мембран 23, 24. Эти частицы подвергаются эффективной и неспецифическое поглощение от большинства клеточных типов, мы надеемся, не мешая много с их биологическими функциями. Мышиные макрофаги загружены до целых 200, 000 катионных золотых наностержней на клетку, которые становятся заключены в плотных эндоцитических везикул. Эта конфигурация должна возникнуть беспокойство, из-за угрозы плазмонного сцепления и перекрестного перегрева внутри этих пузырьков. Таким образом, макрофаги встроены в биополимерных гидрогелей, которые имитируют биологических тканей, для того, чтобы убедиться, что большинство стабильности преобразования PA частиц сохраняется при переходе от ростовой среды к эндоцитических везикул. EffectivКритерии оценки электронной разработаны для того, чтобы измерить стабильность преобразования ПА в условиях непосредственный интерес для работы с изображениями PA. Перепрофилирования порог устанавливается в самом начале оптической нестабильности после череды 50 лазерных импульсов с типичной частотой повторения 10 Гц.
Мы уверены в том, что эти результаты могут обеспечить импульс для разработки новых стратегий для доставки плазмонных частиц к опухолям.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Примечание: Все концентрации золота наностержней выражаются в терминах номинальных molarities Au. Для сравнения с другими работами, обратите внимание, что 1 M Au примерно соответствует 20 мкМ золотых наностержней, в нашем случае.
1. Получение катионного золота наностержней
Примечание: Метод начинается с синтеза цетримония бромида (СТАВ) -capped золота наностержней по автокаталитическому уменьшению HAuCl 4 с аскорбиновой кислотой, в соответствии с протоколом , введенной Nikoobakht др 25 и адаптированы в соответствии с Ratto и др. 26.. Затем эти золотые наностержни модифицированы для того , чтобы получить больше биосовместимостью и сродство к плазматических мембран, с помощью комбинации полиэтиленгликоля нити 10, 11, 27, 28 и четвертичные аммониевые соединения 22.
2. Загрузка мышиных макрофагах с Gold наностержней
3. Заливка макрофагами в хитозан фильмов
Примечание: Специфические свойства хитозана 26, 27, 28, 29 эксплуатируются для получения биомиметических фантомы , содержащие макрофаги окрашивали с катионными золота наностержней. Что касается других гидрогели , такие как агарозы, хитозан позволяет фильмы, которые намного сильнее и тоньше, что имеет решающее значение для PA микроскопии 6. Изготовление этих фантомов осуществляется в соответствии с предыдущими протоколами 29, 30, 31 с некоторыми изменениями , как это предписано в 30 следующих параметров .
4. Испытание устойчивости фотоакустическом преобразования
Примечание: Стабильность преобразования PA исследована с помощью экспериментов PA с самодельной установки, которая описана в 6.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Здесь, возможности сотовых транспортных средств, содержащих золото наностержни для визуализации ПА рака показана вместе с типичными результатами протокола.
ПЭМ изображения на рисунке 1 показывают обычный внешний вид частиц после стадии 1 и их клеточных транспортных средств после шага 2. Получение частиц и клеток для визуализации ТЕМ описан в другом месте 17. Катионные золотые наностержни подвергаютс...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Понятие целевой опухолеассоциированных макрофаги развивается как мощная концепция борьбы с раком 34, 35, 36. Здесь, вместо их уничтожения, эти клетки вербуют в качестве клеточных транспортных средств, чтобы принести золотые наностержни в опухоль, за счет эксплуатации их тропизм. Эта перспектива требует продуманный дизайн частиц, их интеграции в клетки и их характеристики. Мы обнаружили, что светостойкость мышиных макрофагов, нагруженных катионных золота наностержней...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих финансовых интересов.
Эта работа была частично поддержана Regione Toscana и Европейским сообществом в рамках пузырьковой Eranet + Проекты СЗП и BI-TRE.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Гексадецилтриметиламмония бромид | Sigma-Aldrich | H6269 | Для синтеза золотых наностержней |
| Тригидрат хлорида золота | Sigma-Aldrich | 520918 | Для синтеза золотых наностержней |
| Нитрат серебра | Sigma-Aldrich | S6506 | Для синтеза золотых наностержней |
| L-аскорбиновая кислота | Sigma-Aldrich | A5960 | Для синтеза золотых наностержней |
| Боргидрид натрия | Sigma-Aldrich | Для синтеза наносемян золота | |
| MeO-PEG-SH | Iris Biotech | PEG1171 | для PEGylate золотых наностержней. Молекулярная масса около 5 000 Да. |
| Уксусная кислота | Sigma-Aldrich | 320099 | Для ПЭГилирования золотых наностержней и солюбилизации хитозана |
| Ацетат натрия | Sigma-Aldrich | S8750 | Для ПЭГилат золотых наностержней |
| (11-меркаптоундецил)-N,N,N-триметиламмония бромид | Sigma-Aldrich | 733305 | Для модификации золотых наностержней четвертичными аммониевыми соединениями |
| Диметилсульфоксид | Sigma-Aldrich | 276855 | Для солюбилизации (11-меркаптоундецил)-N,N,N-триметиламмония бромида |
| Polysorbate 20 | Sigma-Aldrich | P2287 | Для центрифугирования PEGилированных золотых наностержней |
| PBS | Lonza | BE17-516F | Для суспензии золотых наностержней перед инкубацией с клетками и для обработки гранул клеток |
| J774a.1 | ATCC | TIB-67 | Моноцитарная/макрофагальная мышиная клеточная линия |
| DMEM | Lonza | BE12-707F | Среда для культивирования клеток |
| FBS | Lonza | DE14-801F | Для добавления в среду для культивирования клеток |
| L-глутамин | Lonza | BE17-605E | Для добавления в среду для культивирования клеток |
| Пенициллин/стрептомицин | Lonza | DE17-602E | Для добавления в среду для культивирования клеток |
| чашка Петри | чашка Петри NEST | 705001 | Культура клеток тарелка |
| Скребок для клеток | EuroClone | ES7018 | Для отделения клеток |
| Формальдегид | Fluka | 47630 | Для фиксации клеток |
| Хитозан, низкомолекулярный | Sigma-Aldrich | 448869 | 75-85% деацетилированный. Молекулярная масса около 120 000 Да. |
| Гидроксид натрия | Sigma-Aldrich | 306576 | Для нерастворения хитозана и получения гидрогеля |
| Полистирольные клеточные культуральные планшеты | NEST | 702011 | Используются в качестве форм для изготовления гидрогелей хитозана |
| Оптический параметрический генератор, накачиваемый третьей гармоникой лазера Nd:YAG с модуляцией добротности | Continuum, Santa Clara, США | Surelite OPO plus | Источник оптического возбуждения для фотоакустических испытаний |
| Пироэлектрический детектор | Gentec, Квебек, Канада | QE8SP | Для контроля оптического флюенса для фотоакустических испытаний |
| Предварительно усиленный игольчатый гидрофон | Precision Acoustic, Дорсет, Великобритания | Модель с диаметром датчика 1 мм и диапазоном частот 1-20 МГц | Для измерения фотоакустических сигналов |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.