We show the preparation and address the feasibility of cellular vehicles containing gold nanorods for the photoacoustic imaging of cancer.
Gull nanorods er attraktive for en rekke biomedisinske applikasjoner, for eksempel fototermiske ablasjon og foto-akustiske avbildning av kreft, takket være deres intense optisk absorbans i nær-infrarøde vinduet, lav cytotoksisitet og potensial til hjem i svulstene. Men fortsatt gjenstår sine leveranser til svulster et problem. En innovativ tilnærming består av utnyttelse av tropisme av tumorassosierte makrofager som kan lastes med gull nanorods in vitro. Her beskriver vi forberedelse og foto-akustiske inspeksjon av cellulære biler inneholder gull nanorods. PEGylerte gull nanostaver er modifisert med kvaternære ammoniumforbindelser, for å oppnå en kationisk profil. Ved kontakt med murine makrofager i vanlige petriskåler, er disse partiklene funnet å gjennomgå massiv opptak i endocytiske vesikler. Da disse cellene er innleiret i biopolymeric hydrogeler, som brukes til å verifisere at stabiliteten av foto-akustiske omdannelseav partiklene holdes i deres inkludering i cellulære kjøretøyer. Vi er sikre på at disse resultatene kan gi ny inspirasjon for utvikling av nye strategier for å levere Plasmonic partikler til svulster.
I løpet av det siste tiåret, har ulike Plasmonic partikler som gullnanostaver, nanoshells og nanocages, fått stor oppmerksomhet for applikasjoner i biomedisinsk optikk 1, 2, 3, 4. I strid med standard gull nanospheres, disse nyere partikler resonere i nær infrarød (NIR) vindu som gir dypeste optisk penetrasjon gjennom kroppen og høyest optisk kontrast løpet endogene deler 1. Denne funksjonen har vekket interesse for innovative applikasjoner, for eksempel foto-akustiske (PA) bildebehandling og fototermiske ablasjon av kreft. Imidlertid flere problemer begrense den kliniske inntrengning av disse partiklene. For eksempel, deres optisk aktivering har en tendens til å indusere deres overoppvarming og for å modifisere deres funksjonelle former mot mer sfæriske profiler, som driver en photoinstability 5, 6, 7, 8 </sup>, 9. Et annet problem som dominerer den vitenskapelige debatten er deres systemisk levering i svulstene. Spesielt gull nanorods kombinere størrelser som er ideell for å gjennomsyre svulster som viser økt permeabilitet og oppbevaring og enkel konjugering med spesifikke prober av ondartede markører. Derfor er deres forberedelse for en direkte injeksjon i blodstrømmen oppfattes som en mulig ordning 10, 11, 12, 13. Imidlertid er denne rute problematisk, med de fleste av partiklene bli fanget opp av den mononukleære fagocytt-systemet 10, 11, 12. I tillegg er en annen bekymring den optiske og biokjemisk stabilitet av partiklene etter sirkulasjon gjennom legemet 14. Når partiklene mister kolloidal stabilitet og samlet, kan deres Plasmonic funksjoner og varmeoverførings dynamikk lider plasmonic koplingen 15, </sopp> 16, 17 og kryss overoppheting 18.
Mer nylig har begrepet å utnytte tropisme av tumorassosierte makrofager dukket opp som et smart alternativ 19, 20, 21. Disse cellene holder en medfødt evne til å oppdage og gjennomsyre svulster med høy spesifisitet. Derfor kan man perspektiv være å isolere disse cellene fra en pasient, legger du dem med gull nanorods in vitro og deretter injisere dem tilbake til pasienten, med den hensikt å bruke dem som cellulære biler som har ansvaret for leveransen. En annen fordel ville være å få bedre kontroll over den optiske og biokjemisk stabilitet av partiklene, fordi deres biologiske grensesnitt ville være konstruert in vitro. Likevel, forestillinger av disse cellulære biler som optiske kontrastmidler trenger en kritisk analyse.
I dette arbeidet, beskriver vi forberedelse og kritiske spørsmål om cellular kjøretøyer som inneholder gull nanorods for PA avbildning av kreft. PEGylerte gull nanostaver er modifisert med kvartære ammoniumforbindelser 22, for å oppnå en kationisk profil som er ventet å fremme deres interaksjoner med plasmamembraner 23, 24. Disse partiklene gjennomgå effektiv og uspesifikk opptak fra de fleste cellulære slag, forhåpentligvis uten å forstyrre mye med sine biologiske funksjoner. Murine makrofager er lastet med opp til så mange som 200, 000 kationiske gull nanorods per celle, som blir trange innenfor stramme endocytiske vesikler. Denne konfigurasjonen skulle oppstå bekymring, på grunn av trusselen om plasmonic kopling og tverr overoppheting inni disse blemmer. Derfor er makrofager innleiret i biopolymeric hydrogeler som etterligner biologisk vev, for å verifisere at det meste av stabiliteten PA omdannelse av partiklene holdes i overføringen fra vekstmediet til de endocytiske vesikler. effective målekriterier er utarbeidet for å måle stabiliteten av PA omdannelse under betingelser med umiddelbar interesse for PA-avbildning. En omforming terskel er satt helt på utbruddet av optisk ustabilitet etter et tog av 50 laserpulser med den typiske repetisjonsfrekvens på 10 Hz.
Vi er sikre på at disse resultatene kan gi momentum for utvikling av nye strategier for å levere Plasmonic partikler til svulster.
Oppfatningen å målrette tumor-assosiert makrofager fremstår som en kraftig konsept for å bekjempe kreft 34, 35, 36. Her, i stedet for deres ødeleggelse, er disse cellene rekruttert som cellulære kjøretøy for å bringe gull nanorods inn i en svulst, ved utnyttelse av deres tropisme. Dette perspektivet krever en gjennomtenkt design av partiklene, deres integrering i cellene og deres karakterisering. Vi har funnet at fotostabiliteten av murine makrofager lastet…
The authors have nothing to disclose.
Dette arbeidet ble delvis støttet av Regione Toscana og EU innenfor rammen av ERANET + Prosjekter LUS BUBBLE og BI-TRE.
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 |