Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Biomedical Engineering

Biodistribution des nanomédicaments : applications de seM

Overview

Source : Peiman Shahbeigi-Roodposhti et Sina Shahbazmohamadi, Département de génie biomédical, Université du Connecticut, Storrs, Connecticut

Les nanoparticules ont été de plus en plus utilisées dans la recherche pour l'administration ciblée de médicaments et la libération contrôlée de médicaments. Bien que la plupart de ces particules aient été développées sous forme de particules polymères ou liposomiques en raison de leur biocompatibilité, la recherche actuelle tend à utiliser des nanoparticules métalliques et magnétiques. Ces nanoparticules métalliques ont été utilisées à l'origine comme agent de contraste en imagerie, mais des progrès récents ont montré à quel point elles pouvaient être importantes dans la livraison de médicaments et de gènes et dans la thérapeutique. Les nanoparticules d'or, d'argent et paramagnetic ont la plus grande part dans la recherche en cours. Il a été démontré qu'ils ont une bonne biocompatibilité et certaines variétés de nanoparticules magnétiques ont déjà été développées et distribuées sous forme de médicaments thérapeutiques ciblés.

Ces éléments lourds sont généralement représentés pour la recherche utilisant la fluorescence pour évaluer la livraison et la distribution, mais leurs poids atomiques sont de bonnes qualifications pour le contraste accru dans l'analyse électronique de rétrodiffusion utilisant un microscope électronique de balayage (SEM ). La spectroscopie à rayons X dispersive de l'énergie, qui utilise des rayons X caractéristiques émis lors de l'interaction du faisceau d'électrons avec l'échantillon pour identifier la composition chimique, peut également être utilisée avec le SEM. Ces méthodes ont les avantages d'une résolution accrue et d'une confiance accrue dans la détection, car l'EDS peut s'assurer que le sujet d'une image est de la bonne composition, tandis que les méthodes actuelles de fluorescence peuvent se détacher des nanoparticules et peuvent se faner rapidement pendant l'imagerie.

Cette démonstration examinera la distribution de nanoparticules métalliques dépendantes de la taille dans les organes du corps au fil du temps. Les organes excisés seront examinés avec SEM pour différentes tailles de particules à une plage de points de temps après la livraison de particules au corps.

Principles

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Il est difficile de surestimer l'importance des nanoparticules (NP) pour les applications médicales. Ils sont utilisés comme médicaments, porteurs de drogue, agents de contraste, etc. Cependant, afin d'utiliser un certain type de nanoparticule, il est nécessaire de savoir comment et où il sera distribué dans chaque organe après l'application et combien de temps il faudra avant de quitter l'organe et, par la suite, le corps. C'est ce qu'on appelle sa biodistribution.

Le processus d'administration de médicaments nanoparticules peut varier considérablement dans sa complexité, des médicaments passifs qui ne ciblent pas le tissu, mais sont plutôt libérés dans l'ensemble du corps, à un ciblage plus activement manipulé des médicaments à un organe ou un emplacement très précis. La plupart des médicaments et des thérapies utiliseront le ciblage passif, qui montre toujours un grand succès en raison de la perméabilité et la rétention améliorées (effet EPR) dans les tumeurs avec de grandes quantités de flux sanguin et de grandes quantités de fuites vasculaires. Outre le ciblage passif, le ciblage actif peut être fait dans le traitement des nanoparticules par l'attachement de ligands spécifiques de tumeur-site, ou peut être fait après injection par le biais d'ajouter une force magnétique aux nanoparticules magnétiques. Ce champ magnétique tire les nanoparticules hors de la circulation sanguine vers la zone touchée, réduisant ainsi le temps de la médecine passe dans la circulation sanguine et augmentant la dose à la zone affectée. Ces différentes méthodes d'administration devraient affecter considérablement la distribution des nanoparticules après le traitement, et cette expérience vise à étudier à la fois leur distribution initiale et leur distribution au fil du temps.

Les méthodes actuelles de mesure de la distribution des nanoparticules impliquent généralement l'attachement des particules de fluorescence aux nanoparticules. Selon la concentration des nanoparticules, la taille de la zone cible et l'intensité de la fluorescence, les souris translucides peuvent être analysées à l'aide de l'imagerie optique alors qu'elles sont encore en vie pour déterminer si les particules se trouvent dans la bonne zone. La fluorescence post-mortem peut également être utilisée pour déterminer les niveaux de nanoparticules dans différents organes de souris. Cependant, ces méthodes n'ont pas la résolution des nanoparticules et l'affirmation que la fluorescence ne s'est pas détachée des nanoparticules.

La démonstration actuelle exploite la microscopie électronique rétrodiffusée (BEM) et la spectroscopie dispersive (EDS) pour comprendre la biodistribution des nanoparticules magnétoélectriques (MEN) en fonction de leur taille et du temps passé dans le Corps. Les MEN de l'échantillon sont des nanoparticules magnétoélectriques de baryum et de titane qui ont été introduites dans les organes de souris par injection, puis passivement ciblées sur les organes. Les souris ont été rendues inconscientes et leurs organes enlevés et préservés à 1 semaine, 4 semaines, et 8 semaines après injection. Les organes : le foie, la rate, les poumons, les reins et le cerveau, ont ensuite été sectionnés à l'aide d'une machine à microtomes et préparés à l'aide de méthodes de préparation d'échantillons décrites dans la vidéo éducative « SEM Imaging of Biological Samples ».  En tant que mode de microscopie électronique de balayage (SEM), BEM et l'analyse EDS fournissent une analyse compositionnelle à haute résolution qui permet de détecter des nanoparticules individuelles aussi petites que 10 nm de diamètre. En attendant, cette démonstration peut illustrer comment différents détecteurs peuvent être utilisés pour détecter, confirmer et cartographier différents éléments et particules dans un environnement de recherche et aussi comment différents paramètres peuvent affecter l'image résultante.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Procedure

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. Injection de nanoparticules et récolte d'organes

  1. Injecter des nanoparticules dans une souris anesthésiée par voie intraveineuse pour permettre un ciblage passif.
  2. Aux moments souhaités, c'est-à-dire 1, 4 et 8 semaines, après l'injection, euthanasier les souris avec humanité selon les lignes directrices de l'American Veterinary Medical Association (AVMA).
  3. Ouvrez la cavité du corps et retirez chirurgicalement les organes d'intérêt. Placer les organes dans une formaline tamponnée de phosphate de 10 % dans un contenant de polypropylène jusqu'à la préparation de l'échantillon.

2. Préparation d'échantillons de tissus

  1. Utilisez des forceps pour transférer le tissu de la souris du fixatif en saline tamponnée par phosphate (PBS). Rock l'échantillon pendant 30 min, en remplaçant le PBS toutes les 10 min.
  2. Retirer le tissu et sécher à l'un des kimwipe. Placez-le ensuite dans un moule en plastique contenant un composé optimal de température de coupe (OCT). Conserver à -80 oC toute la nuit.
  3. Le lendemain, transférer l'échantillon au cryostat et fixer la température à -23 oC.
  4. Étiquetez les diapositives avec le type d'organe et la taille des nanoparticules, et placez-les sur une étagère dans le cryostat.
  5. Couvrir le mandrin cryostat avec OCT et placer l'échantillon sur le dessus. Baisser le piston extracteur sur l'échantillon et lui permettre d'équilibrer pendant 3-5 min.
  6. Montez le mandrin sur le porte-échantillon et orientez-le de sorte que la lame puisse couper directement à travers l'échantillon congelé. Amener l'échantillon près de la lame pour un revêtement rugueux. Fixer l'épaisseur à 30 m et trancher plusieurs sections jusqu'à ce qu'une tranche coupée uniformément soit produite.
  7. Passer à la face fine en diminuant l'épaisseur de la section à 7-8 m. Recueillir une section tranchée en appuyant sur une lame de verre étiquetée sur la tranche. Placez deux diapositives sur chaque toboggan et conservez-les dans un toboggan. Laisser sécher à température ambiante.
  8. Une fois secs, déshydrater les échantillons en trempant le glacière dans 50 % d'éthanol pendant 3 min pour enlever l'OCT. Transférer ensuite le support à 80% d'éthanol pendant 3 min avant de placer le rack dans un rapport de 1:1 de méthanol froid en acétone pendant 10 min à -20 oC.
  9. Retirez le toboggan et égouttez l'excédent de solvant sur un essuie-tout. Après 20 à 30 min, placez les glissières dans une boîte à glissières et conservez-les dans un congélateur à -20 oC jusqu'à l'imagerie.

3. Imagerie haute résolution à l'aide de SEM et EDS

  1. Préparer l'échantillon tel que décrit dans « SEM Imaging of Biological Samples ». Ensuite, chargez l'échantillon dans le SEM.
  2. Allumez le SEM et ajustez la distance de travail à environ 5 mm et la tension et le courant de faisceau accélérant à 25 keV, ce qui serait normalement trop élevé pour un échantillon biologique. Cependant, l'échantillon est enduit pour la conductivité et la protection.
  3. Commencez l'imagerie et zoomez sur un grossissement d'environ 1 000 à 2 000 X pour voir les structures qui contiendraient les nanoparticules. Notez que sans détection de rétrodiffusion (BSD), on ne peut pas les distinguer en dessous d'une certaine profondeur.
  4. Insérez le BSD sous les mêmes paramètres et déplacez la scène dans la direction z à la même distance de travail qu'auparavant.
  5. Commencez l'imagerie à environ le même grossissement et vérifiez que vous êtes en mesure de voir un contraste élevé en présence de nanoparticules. Enregistrer les images.
  6. Utilisez différentes configurations BSD (où les charges sur le détecteur s'alignent) pour choisir celle qui montre le contraste le plus élevé pour les nanoparticules.
  7. Zoom-in sur une zone de contraste élevé montrant une nanoparticule ou un amas de nanoparticules.
  8. Ouvrez la caméra 2nd de la chambre et regardez pendant que vous insérez l'EDS dans le système en appuyant sur le bouton vers le bas sur la pièce jointe SEM. Une fois que l'EDS est proche, mais ne touche pas le BSD ou le pistolet, relâchez le bouton.
  9. Ouvrez le programme aztèque sur l'ordinateur EDS (toujours au poste de travail) et acquérez une image de la SEM. Utilisez la méthode « point and shoot » pour cliquer sur une zone très dense en contraste et en nanoparticules.
  10. L'EDS montrera le spectre des rayons X caractéristiques à partir de ce point. Recherchez les pics de baryum et de titane à identifier sur le graphique. Cela confirme que ce que vous regardez sont en effet les nanoparticules et pas n'importe quel type de contamination.
  11. Retournez à l'échantillon et utilisez le logiciel Atlas pour cartographier les bordures de l'organe sur la diapositive. Sélectionnez le protocole "Organ" pour créer une image mosaïque de la zone, et laissez-le fonctionner (cela peut prendre quelques heures tout au plus).
  12. Une fois que l'image composite est créée et cousue par le logiciel, exportez-la comme un fichier Tif.
  13. Ouvrez le fichier Tif dans ImageJ, un logiciel open source, et ajustez les valeurs de seuil de contraste pour mettre en évidence les zones de contraste très élevé (c.-à-d. les nanoparticules). Utilisez des fonctions intégrées pour quantifier le volume de nanoparticules à l'aide de la taille de pixels définie dans le protocole Organ (devrait être d'environ 100 nm).
  14. Bien que cette procédure se réfère uniquement à l'échantillon d'une semaine du poumon de souris, cette procédure est répétée avec les échantillons d'autres semaines et d'autres organes pour compiler un graphique montrant la distribution.
  15. Après avoir calculé la biodistribution de chaque organe pour chaque semaine, les graphiques de biodistribution montreront les changements dans la biodistribution et la concentration des nanoparticules au cours des 8 semaines. Ceux-ci montrent la concentration maximale et fournissent également des informations sur le temps qu'il faut pour que les nanoparticules se dégagent de l'organe.

Les nanoparticules métalliques et magnétiques sont largement utilisées comme nanoporteurs pour la livraison de médicaments. Et leur biodistribution dans les tissus est essentielle pour évaluer leur efficacité thérapeutique et leur innocuité. Les nanoporteurs sont des particules de sous-micron, généralement limitées à moins de 200 nanomètres, qui peuvent être chargées d'agents thérapeutiques. En raison de leur taille, ils sont en mesure d'accéder à de nombreux sites et organes dans le corps. Là où les particules se retrouvent dans le corps, appelée leur biodistribution, est un paramètre important utilisé pour évaluer l'innocuité, optimiser le dosage et améliorer le ciblage des médicaments.

Dans cette vidéo, les principes de base de l'administration ciblée de médicaments seront décrits et une méthode d'évaluation de la biodistribution à l'aide de techniques d'imagerie à haute résolution sera démontrée. D'autres applications des porteurs à base de nanoparticules seront également discutées.

Commençons par discuter des principes fondamentaux des nanoparticules et comprenons pourquoi elles sont développées en tant que porteurs de médicaments.

Tout d'abord, les particules à l'échelle nanométrique, qui peuvent être polymères, liposomiques ou métalliques, sont généralement biocompatibles, ce qui signifie qu'elles ne sont pas nocives ou réactives aux tissus vivants et ne suscitent pas de réponse immunitaire. Toutefois, des études de nanotoxicologie doivent être effectuées afin de comprendre comment les matériaux et la taille des particules affectent la biodistribution dans le corps.

Deuxièmement, leur petite taille permet leur extravasation par l'endothélium aux emplacements inflammatoires, tels que dans les tumeurs, et a comme conséquence l'utilisation cellulaire efficace. Pendant que les cellules cancéreuses se divisent, un approvisionnement vasculaire est nécessaire pour fournir des éléments nutritifs et de l'oxygène et soutenir la croissance de tumeur. Ces vaisseaux sanguins se forment rapidement et sont donc généralement anormaux et efficaces, contenant de grandes lacunes dans leur paroi endothéliale, ce qui entraîne une vascularisation qui fuit et une augmentation de la perméabilité. Les nanoparticules sont alors capables de s'échapper de la circulation sanguine et de s'accumuler dans le microenvironnement tumoral. C'est ce qu'on appelle le ciblage passif lorsque le nanoporteur atteint l'organe cible par un phénomène connu sous le nom d'effet EPR ou l'effet de perméabilité et de rétention amélioré.

Enfin, ces nanoparticules ont une grande surface qui peut être fonctionnalisée avec des ligands spécifiques tels que des anticorps ou des protéines. Dans le ciblage actif, ces ligands peuvent alors reconnaître et se lier aux récepteurs qui sont surexprimés par les cellules dans le site de tumeur. Les interactions spécifiques entre les ligands sur la surface du nanoporteur et les récepteurs cellulaires déclenchent l'endocytose médiée par les récepteurs et facilitent l'utilisation cellulaire.

Maintenant que nous comprenons les bases de l'administration de médicaments nanoparticules, voyons une démonstration qui utilise l'imagerie à haute résolution pour déterminer la biodistribution des nanoparticules métalliques dans un modèle de souris.

Tout d'abord, préparer les nanoparticules qui seront injectées dans la souris. Ici, des particules de baryum et de titane de 30 nanomètres ont été utilisées. Après que la souris a été anesthésié injecter les nanoparticules par voie intraveineuse par l'intermédiaire de la veine de la queue. Permettre à la souris de récupérer pendant qu'elle cible passivement les organes sur une, quatre et huit semaines.

Au moment approprié de post-injection, euthanasiez les souris avec humanité selon les directives de l'AVMA. Ouvrez ensuite la cavité du corps et retirez chirurgicalement les organes d'intérêt tels que la rate, le rein, le foie et les poumons. Et stocker les organes dans 10% de formaline tamponnée de phosphate jusqu'à l'analyse.

Maintenant, utilisez des forceps pour transférer le tissu de la souris du fixatif en saline tamponnée de phosphate. Basculer l'échantillon pendant 30 minutes en remplaçant le PBS toutes les 10 minutes pour enlever l'excès de fixatif. Retirez ensuite le tissu du shaker. Ajoutez un composé optimal de température de coupe qui contient des glycols solubles dans l'eau et des résines dans un moule en plastique étiqueté.

Séchez le tissu à l'air d'un Kimwipe, puis placez-le dans le moule en plastique. Remplissez le moule avec du composé OCT couvrant le tissu et placez-le dans un sac en plastique. Placez le sac dans un seau contenant de la glace sèche et passez à un congélateur de moins 80 degrés Celsius pendant la nuit.

Le lendemain, retirer l'échantillon du congélateur et le placer sur de la glace sèche pendant le transport au cryostat. Placez la température de la chambre à moins 23 degrés, puis transférez l'échantillon au cryostat. Étiquetez les diapositives avec le type d'organe et la taille nanoparticule de l'échantillon que vous sectionnez. Activez ensuite le cryostat. Prochaine couverture du mandrin cryostat avec OCT. Ensuite, retirez l'échantillon du moule et placez-le sur le dessus du mandrin. Montez le mandrin sur le porte-échantillon et orientez et ajustez-le pour que la lame coupe directement sur l'échantillon congelé. Maintenant, rapprochez l'échantillon de la lame et fixez l'épaisseur à 30 micromètres pour un revêtement rugueux. Faites pivoter la roue à main pour trancher des sections de 30 micromètres d'épaisseur et continuez à sectionner jusqu'à ce qu'une tranche de tissu uniforme soit coupée. Pour une face fine, définir l'épaisseur de la section à sept à huit micromètres et trancher l'échantillon.

Recueillir les sections en appuyant sur une lame de verre étiquetée sur la tranche. Ajouter ensuite les lames à la grille et sécher à l'air à température ambiante. Une fois sec, tremper à plusieurs reprises le porte-glissière dans 50 % d'éthanol pendant trois minutes pour enlever l'OCT. Transférer le support à 80 % d'éthanol et tremper pendant trois minutes. Déplacez ensuite le support à un rapport d'un pour un de méthanol froid à l'acétone et placez-le dans un congélateur à moins 20 degrés Celsius. Après 10 minutes, retirer le porte-glissière du congélateur et le vider sur un essuie-tout. Lorsqu'ils sont secs, placez les glissières dans une boîte à glissières et entreposez-les à moins 20 degrés Celsius jusqu'à ce qu'ils soient utilisés.

Maintenant, nous allons l'image tissu pulmonaire de souris qui a été recueilli une semaine après l'injection avec 30 nanomètres de baryum et de particules de titane pour déterminer leur biodistribution. Pour commencer, montez d'abord une diapositive préparée sur la scène SEM. Pour apprendre à cracher le pelage et à préparer votre échantillon, veuillez regarder la vidéo précédente dans cette collection. Ensuite, chargez la scène dans la chambre SEM. Une fois que l'échantillon est dans le champ de vision, déplacez l'échantillon verticalement à une distance de travail d'environ cinq millimètres. Allumez le faisceau d'électrons et sélectionnez le détecteur pour les électrons secondaires. Ensuite, placez la tension d'accélération du faisceau à 25 kiloélectrons volts. Pour commencer l'imagerie, zoomez sur l'échantillon pour obtenir un grossissement d'environ 1 000 à 2 000 X. Lors de ce grossissement, la structure qui contient les nanoparticules doit être visible même si les nanoparticules ne le sont pas. C'est ce qu'on appelle l'image secondaire.

Maintenant, engagez le mode de détection des électrons de rétrodiffusion dans le module SEM pour visualiser les nanoparticules. Déplacez la scène dans la direction Z pour atteindre la même distance de travail de cinq millimètres utilisée ci-dessus. Ajuster la configuration du détecteur de rétrodiffusion et utiliser différents biais de tension pour les panneaux de détection jusqu'à ce que l'image soit nette. Les régions à fort contraste, les nanoparticules, devraient maintenant être visibles. C'est l'image rétrodiffusée. Capturez et enregistrez l'image.

Ensuite, atteindre la spectroscopie à rayons X dispersive de l'énergie ou les données EDS de l'échantillon. Zoom sur la zone de contraste élevé d'un amas de nanoparticules. Ouvrez ensuite la deuxième caméra dans la chambre et baissez l'EDS dans le système. Regardez l'écran de la caméra pour vous assurer que l'EDS s'approche, mais ne touche pas le BSD ou le pistolet à électrons. Ouvrez ensuite le logiciel de microanalyse et acquérez une image. Utilisez la souris pour sélectionner une région d'intérêt pour une analyse plus approfondie. Un spectre de rayons X pour cette zone est alors affiché. Ici, les pics représentent du baryum et du titane confirmant la présence de nanoparticules métalliques dans l'échantillon. Maintenant, ouvrez un logiciel d'analyse de données qualitatives et cartographiez les bordures de l'organe sur la diapositive. Sélectionnez et exécutez ensuite le protocole approprié à partir du menu pour créer une image en mosaïque de l'orgue. Cela peut prendre plusieurs heures.

Une fois terminé, exportez-le sous forme de fichier TIF et ouvrez le fichier dans ImageJ. Ajuster les valeurs seuils de contraste pour mettre en évidence les zones de contraste très élevé, les nanoparticules. Sélectionnez ensuite les particules d'analyse pour obtenir le nombre moyen de nanoparticules dans l'organe et le pourcentage de surface de l'organe contenant des nanoparticules.

Répétez toutes les étapes de cette procédure pour les échantillons de tissus restants provenant d'autres moments et organes. Une fois que toutes les données sont recueillies, compilez-les dans un graphique de biodistribution.

Maintenant, nous allons analyser les images pour déterminer la biodistribution et apprendre comment le corps a traité les nanoparticules. Il est d'abord question de la répartition mesurée des particules en fonction du temps pour tous les échantillons analysés. Il s'agit de la distribution de nanoparticules de taille 30 nanomètres dans divers organes de souris au fil du temps. Il y a une diminution globale des nanoparticules après huit semaines qui indique le dégagement de la nanoparticule du corps.

Cependant, il y a une concentration de nanoparticules dans le foie après quatre semaines. Ceci suggère que le corps peut traiter le baryum de 30 nanomètres et les nanoparticules de titane utilisées dans cette étude comme toxine. Cette analyse peut également être effectuée pour évaluer comment la taille de la nanoparticule affecte sa biodistribution dans le corps. La modification de la taille des nanoparticules a affecté le taux d'utilisation cellulaire globale et le taux de dégagement.

Les nanoparticules et les nanoporteurs sont largement utilisés dans la recherche biomédicale et ont des applications comme agents d'imagerie, de diagnostic et thérapeutiques. Des nanoparticules sont en cours de développement pour l'administration de vaccins contre une grande variété de maladies infectieuses, car elles protègent les composants du vaccin contre la dégradation et maximisent la stimulation immunitaire. Des vésicules multi-lamellar inter-bicouches, ou ICMV, sont en cours de développement pour l'induction de réponses de lymphocytes T positifs CD8 spécifiques à l'antigène.

Ces ICMV se localisent spécifiquement dans les ganglions lymphatiques des souris pour l'administration efficace de vaccins et ont obtenu des réponses immunitaires robustes contre les antigènes paillinaux et les cellules tumorales. Les nanoparticules métalliques sont souvent utilisées comme agents de contraste dans l'imagerie par résonance magnétique pour visualiser la structure et la fonction des tissus pour la détection précoce des maladies. Les nanoparticules d'oxyde de fer sont des sondes diagnostiques utiles. Lorsqu'elles sont synthétisées avec une moiétoy bisphosphonate, ces nanoparticules s'accumulent rapidement et sélectivement dans des plaques athérosclérotiques et permettent leur visualisation dans une heure pour un diagnostic rapide.

Récemment, les nanoporteurs chargés ont été développés comme stratégie pour détecter simultanément le cancer à un stade précoce et fournir des agents chimiothérapeutiques. Ces nanoporteurs sont appelés théranostiques parce qu'ils intègrent des capacités diagnostiques et thérapeutiques.

Vous venez de regarder la vidéo de JoVE sur la détermination de la biodistribution des nanomédicaments. Vous devez maintenant connaître les principes de base des porteurs de nanomédicaments, comment détecter les nanoporteurs dans les échantillons de tissus à l'aide de SEM à haute résolution, et de déterminer leur biodistribution, et certaines applications de nanoparticules dans le génie biomédical.

Merci d'avoir regardé.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Les images suivantes illustrent comment les données de biodistribution peuvent être extraites des images. Le contraste des nanoparticules est détecté à l'aide du détecteur d'ESB, comme le montre la figure 1. Les données EDS, qui sont présentées à la figure 2, montrent où les grappes de titane et de baryum correspondent à des zones à fort contraste dans les images recueillies à l'aide du détecteur d'ESB.

Figure 1
Figure 1 : Image électronique secondaire du poumon (à gauche) et image électronique de rétrodiffusion de la même zone (à droite).

Figure 2
Figure 2 : Données EDS, montrant des amas de titane et de baryum dans le milieu inférieur et le haut de l'image, correspondant aux zones de contraste élevé vu à l'aide du détecteur d'ESB.

Dans une image composite, comme le montre la figure 3, les cercles rouges indiquent les zones à fort contraste et suggèrent les emplacements contenant des nanoparticules. Le volume des zones de nanoparticules blanches peut alors être calculé et calculé en moyenne sur la taille de l'organe lui-même. Cela fournit un calcul de la zone occupée par les nanoparticules. Ensuite, les données de plusieurs organes sur plusieurs semaines peuvent être agrégées pour montrer la distribution moyenne des particules dans un micron carré de l'image. Ces données sont présentées à la figure 4, qui montre une diminution globale des nanoparticules de taille 30 nm au cours des 8 semaines, une indication de dégagement. Une autre chose à noter est l'augmentation de la concentration de nanoparticules dans le foie après 4 semaines. Cela donne des informations sur la façon dont le corps traite les nanoparticules, et la grande migration des particules vers le foie montrent que le corps peut traiter les nanoparticules comme des toxines. Il s'agit d'informations importantes à connaître lors du développement et de l'essai de nanoparticules in vivo.

De même, les données sur la répartition des organes de particules de différentes tailles sont présentées à la figure 5. Ce graphique montre comment la taille changeante des nanoparticules peut augmenter l'apport global dans les cellules des nanoparticules ou augmenter le taux de dégagement.

Figure 3
Figure 3 : Sections de l'image composite créée à l'aide du logiciel Atlas.

Figure 4
Figure 4 : Biodistribution de 30 nanoparticules nm dans le poumon, le foie, la rate et le rein après injection chez une souris.

Figure 5
Figure 5 : Biodistribution de nanoparticules de taille variable au fil du temps.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Applications and Summary

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Les nanoparticules sont largement utilisées dans la recherche en génie biomédical et ont des applications comme agents d'imagerie, de diagnostic et thérapeutiques. Par exemple, des nanoparticules sont en cours de développement pour l'administration de vaccins. En encapsulant le vaccin en nanoparticules, les composants du vaccin sont protégés contre la dégradation et stimulent la réponse immunitaire maximale.

Dans les applications d'imagerie par résonance magnétique, les nanoparticules métalliques sont souvent utilisées comme agents de contraste pour visualiser la structure et la fonction des tissus. Ce sont des sondes diagnostiques utiles dans la détection des plaques arthérosclérotiques.

Les nanoparticules qui intègrent des capacités diagnostiques et thérapeutiques sont appelées théranostiques. Il nanoparticules simultanément détecter les tumeurs à un stade précoce et de livrer des agents chimiothérapeutiques.

Cette expérience a démontré comment seM peut être utilisé afin de calculer la biodistribution des nanoparticules injectées dans le corps au fil du temps. Cette expérience peut être reproduite sur d'autres échantillons de nanoparticules ou cultures cellulaires qui ont des nanoparticules comme un moyen d'analyser les concentrations, la pénétration cellulaire, ou le dégagement des nanoparticules.

Cette démonstration s'est concentrée sur l'étude et la mesure de la biodistribution des nanoparticules à l'aide de SEM. Les résultats de ces mesures peuvent être importants dans de nombreux domaines. Les compagnies pharmaceutiques et les établissements de recherche peuvent utiliser ces études pour la recherche sur le développement de médicaments et les agents de contraste.

Liste des matériaux

Nom Société Numéro de catalogue Commentaires
Équipement
Tranche sectionnée (préparée avant)
Logiciel Open Source ImageJ
Rayon transversal SEM Zeiss
Logiciel ATLAS 3-D SEM Zeiss

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

References

  1. Hadjikhani, Ali. "Nanofabrication and Spectroscopy of Magnetic Nanostructures Using a Focused Ion Beam." (2016).
Biodistribution des nanomédicaments : applications de seM
Play Video

Cite this

JoVE Science Education Database. Biomedical Engineering. Biodistribution des nanomédicaments : applications de seM. JoVE, Cambridge, MA, (2020).More

JoVE Science Education Database. Biomedical Engineering. Biodistribution des nanomédicaments : applications de seM. JoVE, Cambridge, MA, (2020).

Less
Copy Citation
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter