Разработка наночастиц, способных обнаруживать, нацеливать и уничтожать раковые клетки, представляет большой интерес как для физиков, так и для биомедицинских исследователей. Появление наномедицины привело к разработке нескольких наночастиц, таких как те, которые спрягаются с таргетингом лигандов и/или химиотерапевтическихпрепаратов 1,,2,,3. Добавленные свойства наночастиц позволяют их взаимодействие с биологической системой, зондирование и мониторинг биологических событий с высокой эффективностью и точностью наряду с терапевтическим применением. Наночастицы оксида золота и железа в основном используются в компьютерной томографии и магнитно-резонансной томографии, соответственно. В то время как энзиматическая деятельность наночастиц золота и оксида железа позволяет обнаруживать раковые клетки с помощью колоритных анализов, флуоресцентные наночастицы хорошо подходят для применения изображений in vivo4. Среди них, ультрабелые флуоресцентные наночастицы особенно полезны, из-за их способности обнаруживать рак на ранних стадиях с меньшим количеством частиц и снижениетоксичности 5.
Несмотря на эти преимущества, наночастицы требуют экспериментов с использованием моделей животных in vivo для выбора подходящих наноматериалов и оптимизации процесса синтеза. Кроме того, как и наркотики, наночастицы полагаются на модели животных для доклинического тестирования, чтобы определить их эффективность и токсичность. Наиболее широко используемой доклинической моделью является мышь, которая является млекопитающим, содержание которого стоит относительно дорого. Для исследований рака, либо генетически модифицированных мышей или ксенотрансплантированных мышей, как правило,используются 6,7. Продолжительность этих экспериментов часто охватывает от нескольких недель до нескольких месяцев. В частности, для исследований метастазирования рака раковые клетки непосредственно вводятся в кровеносную систему мышей в таких местах, как веныхвоста и селезенки 8,,9,,10. Эти модели представляют собой только конечные стадии метастазирования, когда опухолевые клетки экстравазают и колонизируют отдаленные органы. Кроме того, из-за проблем с видимостью, это особенно сложно контролировать миграцию опухолевых клеток и наночастиц ориентации опухолевых клеток у мышей.
Зебрафиш(Danio rerio) стала мощной позвоночной системой для исследований рака из-за его высокой плодовитости, низкой стоимости, быстрого развития, оптической прозрачности игенетических консерваций 11,,12. Еще одним преимуществом зебры над моделью мыши является оплодотворение рыбьих яиц ex utero, что позволяет контролировать эмбрионы на протяжении всего их развития. Эмбриональное развитие быстро у зебры, и в течение 24 часов послеферетия (hpf), позвоночных плоскости тела ужесформировано 13. К 72 л.с. яйца вылупляются из хориона, переходя от эмбриональной к стадии жарки. Прозрачность зебры, штамм Каспер, в частности 14, предоставляет уникальную возможность визуализировать миграцию раковых клеток и их распознавания и ориентации наночастиц в живом животном. Наконец, зебрафиш развивать свою врожденную иммунную систему на 48 л.с., с адаптивной иммунной системы отстает и только становится функциональным на 28 днейпослеференции 15. Этот разрыв во времени идеально подходит для трансплантации различных типов раковых клеток человека в эмбрионы зебры, не испытывая иммунного отторжения.
Описанный здесь метод, который использует прозрачность и быстрое развитие зебры, чтобы продемонстрировать признание и ориентацию раковых клеток человека флуоресцентными наночастицами in vivo. В этом анализе, раковые клетки шейки матки человека (клетки HeLa) генетически модифицированные, чтобы выразить красный флуоресцентный белок были введены в васкуляризованной области в перивителлинной полости 48 л.с. эмбрионов. После 20-24 ч, heLa клетки уже распространились по всей эмбрионов через систему кровообращения рыб. Эмбрионы с явными метастазами были микроинъектированы с 0,5 нл раствора наночастиц прямо за глазом, где находится богатая капиллярная кровать. Используя этот метод, ультрабрайт флуоресцентные наночастицы кремнезема могут ориентироваться на клетки HeLa так быстро, как 20-30 мин постинъекции. Благодаря своей простоте и эффективности, зебрафиш представляет собой надежную модель in vivo для тестирования различных наночастиц на их способность ориентироваться на конкретные раковые клетки.