Abstract
Guld nanorods er attraktive for en række biomedicinske anvendelser, såsom photothermal ablation og Photoacoustic billeddannelse af cancer, takket være deres intense optisk absorbans i det nærinfrarøde vindue, lav cytotoksicitet og potentiale til hjem i tumorer. Men deres levering til tumorer stadig et problem. En innovativ tilgang består i udnyttelsen af tropisme af tumor-associerede makrofager, som kan belastes med guld nanorods in vitro. Her beskriver vi udarbejdelse og Photoacoustic inspektion af cellulære køretøjer, der indeholder guld nanorods. PEGylerede guld nanorods modificeres med kvaternære ammoniumforbindelser, for at opnå et kationisk profil. Ved kontakt med murine makrofager i almindelige petriskåle, er disse partikler viser sig at undergå massiv optagelse i endocytiske vesikler. Så disse celler er indlejret i biopolymere hydrogeler, der anvendes til at verificere, at stabiliteten af Photoacoustic konverteringaf partiklerne tilbageholdes i deres inklusion i cellulære køretøjer. Vi er overbeviste om, at disse resultater kan give ny inspiration til udvikling af nye strategier til at levere plasmoniske partikler til tumorer.
Introduction
Gennem det seneste årti har forskellige plasmoniske partikler, såsom guld nanorods, nanoshells og nanocages, fået stor opmærksomhed til applikationer i biomedicinsk optik 1, 2, 3, 4. I strid med standard guld nanosfærer, disse nyere partikler genlyd i det nærinfrarøde (NIR) vindue, der giver dybeste optiske penetration gennem kroppen og højeste optiske kontrast løbet endogene komponenter 1. Denne funktion har vakt interesse for innovative applikationer, såsom Photoacoustic (PA) billedbehandling og photothermal ablation af kræft. Men en række spørgsmål begrænse den kliniske indtrængning af disse partikler. For eksempel deres optiske aktivering tendens til at inducere deres overophedning og ændre deres funktionelle udformninger mod flere sfæriske profiler, som styrer en photoinstability 5, 6, 7, 8 sup>, 9. Et andet spørgsmål, der dominerer den videnskabelige debat er deres systemisk levering i tumorer. Især guld nanorods kombinere størrelser, der er ideel til at gennemsyre tumorer, der viser øget permeabilitet og fastholdelse og nem konjugation med specifikke prober af maligne markører. Derfor er deres forberedelse til en direkte injektion i blodstrømmen opfattes som en mulig ordning 10, 11, 12, 13. Men denne rute stadig problematisk, idet de fleste af partiklerne bliver fanget af det mononukleære fagocytsystem 10, 11, 12. Derudover anden bekymring er den optiske og biokemiske stabilitet af partiklerne efter cirkulation gennem kroppen 14. Når partiklerne mister deres kolloid stabilitet og aggregat, kan deres plasmoniske funktioner og varmeoverførsel dynamik lider plasmoniske kobling 15, 16, 17 og cross-overophedning 18.
På det seneste er begrebet at udnytte tropisme af tumorassocierede makrofager dukket op som et smart alternativ 19, 20, 21. Disse celler holde en medfødt evne til at opdage og gennemsyre tumorer med høj specificitet. Derfor kan ét perspektiv være at isolere disse celler fra en patient, indlæse dem med guld nanorods in vitro og derefter injicere dem tilbage i patienten, med den hensigt at bruge dem som cellulære køretøjer med ansvar for leverancen. En anden fordel ville være at få mere kontrol over den optiske og biokemiske stabilitet af partiklerne, fordi deres biologiske grænseflade ville være konstrueret in vitro. Stadig, opførelser af disse cellulære køretøjer som optiske kontrastmidler har brug for en kritisk analyse.
I dette arbejde, vi beskriver fremstilling og kritiske spørgsmål af cellular køretøjer, der indeholder guld nanorods for PA billeddannelse af kræft. PEGylerede guld nanorods er modificeret med kvarternære ammoniumforbindelser 22, for at opnå et kationisk profil, der forventes at fremme deres interaktion med plasmatiske membraner 23, 24. Disse partikler gennemgår effektiv og uspecifik optagelse fra de fleste cellulære slags, forhåbentlig uden at forstyrre meget med deres biologiske funktioner. Murine makrofager er fyldt med op til så mange som 200, 000 kationiske guld nanorods per celle, som bliver begrænset inden for stramme endocytiske vesikler. Denne konfiguration skulle opstå bekymring på grund af truslen om plasmoniske kobling og på tværs af overophedning inde i disse vesikler. Derfor er makrofagerne indlejret i biopolymere hydrogeler, der efterligner biologiske væv, for at verificere, at de fleste af stabiliteten af PA omdannelse af partiklerne tilbageholdes i overførslen fra vækstmediet til de endocytiske vesikler. Effective målekriterier er udarbejdet med henblik på at måle stabiliteten af PA konvertering under forhold af umiddelbar interesse for PA billeddannelse. En omforme tærsklen er fastsat til den meget indtræden af optisk ustabilitet efter et tog på 50 laserpulser med den typiske gentagelseshastighed på 10 Hz.
Vi er overbeviste om, at disse resultater kan give momentum for udvikling af nye strategier til at levere plasmoniske partikler til tumorer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Bemærk: Alle koncentrationer af guld nanorods er udtrykt i nominelle Au molariteter. Til sammenligning med andre værker, opmærksom på, at en M Au nogenlunde svarer til 20 uM guld nanorods, i vores tilfælde.
1. Forberedelse af kationiske Gold nanorods
Bemærk: Fremgangsmåden begynder med syntesen af cetrimoniumbromid (CTAB) -capped guld nanorods af den autokatalytiske reduktion af HAuCl 4 med ascorbinsyre, ifølge protokollen indført ved Nikoobakht et al 25 og tilpasset efter Ratto et al 26... Så disse guld nanorods modificeres for at opnå mere biokompatibilitet og affinitet for plasmatiske membraner, ved kombination af polyethylenglycol strands 10, 11, 27, 28 og kvaternære ammoniumforbindelser 22.
- Rens 24 ml CTAB-udjævnede guld nanorods på en concentration af 450 uM Au af to cyklusser af centrifugering (12.000 xg, 30 min) og dekantering. Sørg for, at forholdet mellem døde volumen til oprindelige volumen er omkring 1/200 eller lavere for alle centrifugeringstrin i denne protokol. Brug 500 uM vandig CTAB som en vaskeopløsning og endelig overføre partiklerne i 6 ml 100 mM acetatpuffer ved pH 5 indeholdende 500 uM CTAB og 0,005% (vol / vol) polysorbat 20.
- Tilsæt 30 gl 10 mM vandig a-methoxy-omega-mercapto-poly (ethylenglycol) (MW ~ 5.000) og lad det reagere i 30 minutter ved 37 ° C.
- Tilsæt 30 pi 100 mM (11-Mercaptoundecyl) - N, N, N -trimethylammoniumbromid i dimethylsulfoxid og henstår ved hvile i 24 timer ved 37 ° C.
- Dernæst tilsættes 18 ml 0,005% (vol / vol) polysorbat 20 i vand og oprense disse partikler ved hjælp af fire cyklusser af centrifugering (12.000 xg, 30 min) og dekantering. Brug 0,005% (vol / vol) polysorbat 20 i vand som vaskeopløsning og endelig overføre partiklerne ind 2,4 ml sterilt PBS ved pH7.4. Den endelige nominelle koncentration af guld er 4,5 mM.
2. Ilægning af murine makrofager med guld nanorods
- Brug monocyt / macrophagic cellelinje J774A.1 og DMEM suppleret med 10% føtalt bovint serum, 1 mM glutamin, 100 enheder / ml penicillin og 100 ug / ml streptomycin som dyrkningsmedium. Plade 5 x 10 5 celler i fire petriskåle mm diameter 60 og tillade dem at vokse i 24 timer, for således at blive subkonfluerende på tidspunktet for løsgørelse (se trin 2.2).
- Hele protokollen opretholde cellerne under standard dyrkningsbetingelser (37 ° C, 5% CO2, 95% luft og 100% relativ luftfugtighed). Brug en laminar flow kabinet og egnede personlige værnemidler til at manipulere cellerne.
- Efter 24 timer, indlæse celler med kationiske guld nanorods og forberede dem til at blive indlejret i chitosan film:
- For at give de partikler, der skal optages af cellerne, tilsættes en alikvot af 4,5mM Au kationiske guld nanorods i PBS i hvert petriskål, således at opnå en slutkoncentration på 100 uM Au. Lad petriskåle i inkubation i 24 timer.
- Dernæst observere cellerne under et optisk mikroskop for at bekræfte deres gode forhold og upload. Celler bør udvise deres normale morfologi og en række mørke intracellulære vesikler. Frigør cellerne ved en skraber, flette dem fra to petriskåle, for at opnå en passende mængde celler til de følgende trin (mindst 2 x 10 6 celler), og centrifugeres dem (120 xg, 6 min) for at udelukke enhver overskud af kationiske guld nanorods. Den cellulære pellet skal se næsten sort.
- Suspender pelleten i 2 ml PBS og tælle cellerne ved anvendelse af en BOrker kammer. Centrifuge en suspension indeholdende 2 x 10 6 celler (120 xg 6 min) og fastsætter deres pellet i 2 ml 3,6% (vægt / volumen) formaldehyd i PBS i ti minutter ved stuetemperatur. Endelig vaske denne pellet tre gange af centrifugation (120 xg, 6 min) for at fjerne fikseringsmidlet. Brug PBS som vask løsning.
3. Forankring af makrofager i Chitosan Films
Bemærk: De særegne egenskaber chitosan 26, 27, 28, 29 udnyttes til at producere biomimetiske fantomer indeholder makrofager farvet med kationiske guld nanorods. Med hensyn til andre hydrogeler såsom agarose, chitosan muliggør film, der er meget stærkere og tyndere, hvilket er kritisk for PA mikroskopi 6. Fremstillingen af disse fantomer udføres i henhold til tidligere protokoller 29, 30, 31 med visse modifikationer, som foreskrevet i followings 30.
- Forbered et syrnet (pH 4,5, fremstillet ved tilsætning af eddikesyre) og tyktflydende 3% (vægt / volumen) lavmolekylær chitosan (gennemsnitlig MW 120 kDa) opløsning, blandes grundigt det oglad det homogeniseres i 24 timer ved 40 ° C.
- Derefter blander man murine makrofager indeholdende kationisk guld nanorods (2 x 10 6 celler) med 500 pi chitosanopløsning.
- For at opnå ~ 50 um tykke fantomer, hæld 250 mg af blandingen i 1,91 cm 2 polystyrenforme og efterlade dem under en nitrogenstrøm i 24 timer. Derefter behandle disse prøver med 500 pi 1 M NaOH, for at fremkalde krydsbinding, og skyl dem med 10 ml ultrarent vand.
4. Test af stabilitets- af Photoacoustic Conversion
Bemærk: Stabiliteten af PA konvertering undersøges ved hjælp af PA eksperimenter med den hjemmelavede setup, der er beskrevet i ref 6.
- Suspender en chitosan film indeholdende makrofagerne i DI vand, for eksempel ved anvendelse af en plastholder nedsænket i en petriskål, således at der holdes en afstand på ~ 5 mm fra bunden af pladen. Put denne plade på en mikrometrisk XY etapefor at styre prøvens position.
- Fokusere en laserstråle med ~ 5 nsec impulsvarighed i resonans med den langsgående plasmoniske bånd af guld nanorods (f.eks fra en optisk parametrisk oscillator pumpes af den tredje harmoniske af en Q-switched Nd: YAG-laser med bølgelængdeområde fra 400 - 2.500 nm og pulsvarighed på 5 ns) vinkelret på filmoverfladen med et ~ 300 um spot diameter.
- Placer en attenuator foran laseren udgang til tune laserfluensen og bruge en stråledeler for at fokusere en del af laserstrålen til en energimåler (fx en pyroelektrisk detektor) og overvåge intensitetsniveauer udsving. Bevar den optiske fluens nedenfor ~ 1 mJ / cm2 pr puls under justeringen. Brug passende laser sikkerhed briller, når laseren er tændt.
- Dyp en ultralydstransducer (frekvensområde af 1 - 20 MHz) i petriskålen ~ 2 mm ud af filmoverfladen og justere sin stilling ved hjaelp mikrometrisk oversættelserog rotations faser for at maksimere PA-signalet udsendes fra filmen.
- Bestem en sonde fluens F LO, der ikke skader prøven 6:
- Bestråle et tilfældigt punkt i prøven ved en fluens omkring 1 mJ / cm2 pr impuls i mindst 500 pulser. For hver impuls, erhverve det tilsvarende PA-signalet fra ultralydstransduceren og laserfluensen fra energimåler med et oscilloskop. Navngiv gennemsnitlige fluens som F LO retssag.
- Beregn intensiteten af PA-signalet som dens spids-til-spids-amplitude som funktion af puls nummer. For at modvægt udsving laser intensitet, normalisere amplituden af hver PA-signalet til forholdet mellem sin egen fluens til F LO forsøg. Analyser udviklingen i den normaliserede PA intensiteten som funktion af puls nummer og kontrollere dets stabilitet over tid.
- I tilfælde af ustabilitet Gentag trin 4.4.1 til 4.4.3 med en lavere værdi af F LO
- Mål en omforme tærskel indflydelse:
- Vælg en anden tilfældig punkt af prøven og sonde en gennemsnitlig PA intensitet (I LO a) over 500 pulser ved F LO.
- Indstil en nominel fluens større end F LO og levere 50 pulser. Navngiv deres gennemsnitlige fluens som F ekskl.
- Probe en gennemsnitlig PA intensitet (I LO b) over 500 pulser ved F LO igen. Beregn forholdet R = I LO b / I LO a. En værdi på R under enhed giver tegn på en irreversibel ændring af de optiske egenskaber af prøven.
- Brug mikrometriske XY scenen for at flytte filmen og ændre point af prøven tilfældigt. Gentag trin 4.5.1 til 4.5.4 med forskellige værdier af F exc, for at tage et par værdier af R nedenfor, omkring og over sammenhold. 15 point er rimelige.
- Plot R som funktion af F exc og identificere omformningen tærskel fluens F th som denne værdi når R begynder at adskille sig fra den ene over statistisk usikkerhed. 6
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Her er muligheden for cellulære køretøjer, der indeholder guld nanorods for PA billeddannelse af kræft vist sammen med typiske resultater af protokollen.
TEM-billeder i figur 1 viser den sædvanlige udseende af partiklerne efter trin 1 og deres cellulære køretøjer efter trin 2. Fremstillingen af partiklerne og af cellerne for TEM billeddannelse er beskrevet andetsteds 17. Kationiske guld nanorods gennemgå en massiv ophobning i makrofager, der bevarer deres normale morfologi. Partikler findes at ligge inden stramme endocytiske vesikler.
Figur 2a viser en optisk transmission billede af makrofager, der indeholder kationiske guld nanorods og spredt i en chitosan fantom efter trin 3. Som dokumenteret af denne mikrograf, at der i den chitosan hydrogel ikke enffect den cellulære morfologi. Celler er godt spredt i hele prøven. Kontrol af chitosan film indeholdende guld nanorods uden celler er homogene. Figur 2b viser, at den typiske plasmoniske bånd af guld nanorods bevares, når partiklerne optages af makrofagerne, i overensstemmelse med vores tidligere arbejde 14, 32. Derfor effekter som plasmoniske kobling på segregering i endocytiske vesikler og en differentieret optagelse af partikler med forskellig størrelse og form, der eksisterer side om side i en polydispers kolloid 28, 33 ikke spiller en væsentlig rolle i disse protokoller. Figur 2b viser også muligheden for chitosan som en optisk fantom.
Figur 3 viser udviklingen i R som funktion af F exc målt i henhold til trin 4 og giver en idé om de data og analyser, der er nødvendige for determgennemgang af F th pr trin 4.5.5. F th viste sig at være (11 ± 1) mJ / cm2 i dette eksempel. PA målinger på denne prøve gav signaler med signal-støj-forholdet (SNR) på over 20, når i gennemsnit over 500 pulser på nogle mJ / cm2, hvilket giver den højeste nøjagtighed til undersøgelse af stabiliteten af PA konvertering fra de cellulære køretøjer.
Figur 1. Kationisk guld nanorods og makrofager karakterisering a: (650 × 500) nm 2 TEM billede af as-syntetiserede guld nanorods, b, c og d:. Henholdsvis (13 × 8,6) um 2, (2,3 × 1,7) pm2 og (870 × 650) nm 2 TEM billeder af makrofager behandlet med kationiske guld nanorods. Udseendet afpartiklerne i panelet d er påvirket af deres hældning i cellen. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2. Chitosan film karakterisering a:. Optisk transmission billede af makrofager, der indeholder kationiske guld nanorods og spredt i en chitosan fantom b:. Optisk udryddelse spektre af chitosan fantomer der indeholder guld nanorods uden celler (solid sort linje, kontrol prøve) og makrofager indeholdende guld nanorods (brudt rød linje). klik her for at se en større version af dette tal.
<img alt = "Figur 3" src = "/ files / ftp_upload / 53.328 / 53328fig3highres.jpg" width = "350" />
Figur 3. Cellular køretøjer fotostabilitet. Ratio R af intensiteterne af I LO taget efter og før bestråling ved hver F exc forhold til F exc. Fejlsøjlerne stammer fra signalet udsving på F LO. Den omforme tærskel ekstraheres fra disse data som R falder til under enhed. Den røde solid linje tjener som en vejledning for øjet. Klik her for at se en større version af dette tal.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Begrebet at målrette tumor-associerede makrofager fremstår som et stærkt koncept for kræftbekæmpelse 34, 35, 36. Her, i stedet for deres ødelæggelse, er disse celler rekrutteres som cellulære køretøjer til at bringe guld nanorods i en tumor, ved udnyttelse af deres tropisme. Dette perspektiv kræver en tankevækkende design af partiklerne, deres integration i cellerne og deres karakterisering. Vi har fundet, at fotostabilitet af murine makrofager ladet med kationiske guld nanorods ikke lider indespærring af partikler inden endocytiske vesikler, hvilket indebærer, at deres plasmoniske kobling og cross-overophedning er ikke kritiske. Vi hypotesen, at PEG-strenge og forekomsten af former, der er off-resonans, såsom guld nanosfærer, forhindre partikler ind for stram kontakt, hvilket er omkring deres diametre 17 (ca. 10 nm) og en termisk diffusion længde (ca. 30 nmi 5 ns) for plasmoniske kobling og på tværs af overophedning, hhv.
Protokollen er nyskabende i forhold til eksisterende metoder i udformningen af partiklerne og af undersøgelsen af deres fotostabilitet. Udformningen af guld nanorods efter trin 1 kombinerer observation af Vigderman et al. 22, der kvaternære ammoniumforbindelser er i stand til at køre en massiv udbredelse af guld nanorods i endocytiske vesikler og forestillingen om, at cellen gennemtrængende agenter med et kationisk profil 24, 37 maj være indlejret i en PEG shell 38 og forblive funktionel, samtidig med at få kolloid stabilitet og biokompatibilitet 28. Faktisk trin 1 ligner den metode, Yuan et al. 38, med udskiftning af celle- gennemtrængende peptider med mindre og billigere kvaternære ammoniumforbindelser. Med disse ændringer, kationiske guld nanorods er multifunktionelt og bæredygtigt. Da disse partikles er tænkt som kontrastmidler til PA billeddannelse, et PA-sonde er ideel til at teste deres funktionelle egenskaber. Målingen af stabiliteten af PA konvertering af definitionen af en omformning tærskel i trin 4 er kvantitativ og reproducerbar, som er unikke funktioner i rammen af den videnskabelige litteratur. Desuden er vi bemærke, at denne metode ikke kræver en kalibrering af PA udstyr.
Kritiske trin i protokollen omfatter fremstillingen af chitosan film til at inspicere de cellulære køretøjer med hensyn til deres effektivitet som kontrastmidler til PA billeddannelse. Chitosan er en lineær kæde biopolymer omfattende glucosamin og N-acetyl glucosamin-rester sammenføjet med 1,4-glycosidbindinger. Nogle fysisk-kemiske kendetegn ved chitosan, såsom dens porestørrelse, porøsitet og mekaniske egenskaber, såvel som sin alsidighed og handiness, gør det en ideel mulighed for fremstilling af hydrogeler i form af tynde film eller porøse membraner 29, 39, 40. Desuden polysaccharidskelettet af chitosan er strukturelt ligner glycosaminoglycaner, hovedkomponenten af det ekstracellulære matrix af bindevæv, som har fremmet dets anvendelse til engineering biomimetiske og celle-understøttende stillads 41. Samlet, chitosan hydrogeler udviser termiske og elasticitetsmoduler, der er repræsentative for bindevæv 29, 41, 42, som er ideel til PA tests. Der bør udvises omhu for at opnå film med den rette tykkelse (50 um), lav optisk turbiditet og god homogenitet. Bemærk, at de doser, der er angivet i trin 3 er blevet optimeret. Den viskose suspension af murine makrofager i chitosan bør blandes med omhu overensstemmelse med trin 3.2. Med disse instruktioner, har disse film allerede blevet brugt til at sammenligne stabiliteten af PA konvertering af guld nanorods af forskellig størrelse 6.
muble modifikationer af protokollen omfatter forberedelse af de kationiske guld nanorods og cellulære køretøjer i trin 1 og 2. Metoden i trin 1, kan være genstand for gradvise forbedringer, fx ved substitution af cellen gennemtrængende middel eller længden af PEG tråde etc. med henblik på at minimere enhver interferens med fysiologi af tumorassocierede makrofager. Anvendelsen af ligander, der er specifikke for makrofager kan være en mulighed 43. Andre parametre, der påvirker optagelsen af partiklerne indbefatter deres størrelse og form 33 og deres uorganiske coating. For eksempel kan en skal af silica giver en kombination af høj internalisering 44, optisk stabilitet mod aggregation 17 og PA stabilitet 7, på bekostning af mere sofistikerede og mere fremmed materiale. Vi formoder, at den endosomale pathway af internalisering kan være en fælles virkning 33, 43, 44
Begrænsninger i protokollen omfatter behovet for at bruge faste celler snarere end levende celler, fordi forskrifterne i trin 3 er uforenelige med bevarelsen af cellastet, levedygtighed. Andre begrænsninger vedrører behovet for en tilstrækkelig SNR i bestemmelsen af en sonde fluens i trin 4.4, hvilket svarer til en tilstrækkelig kombination af optisk absorbans og fotostabilitet af filmen.
Afslutningsvis har vi beskrevet en innovativ protokol til at forberede og udføre en funktionel karakterisering af cellulære køretøjer, der er muligt, som kontrastmidler til Photoacoustic billeddannelse. Vi har fundet, at indførelsen af guld nanorods i murine makrofager ikke negativt påvirke deres fotostabilitet. Fokus for vores nuværende arbejde er på fysiologi af disse celler, med en særlig opmærksomhed for deres levedygtighed og kemotaktisk aktivitet. I fremtiden skal denne metode testes for at undersøge fremstilling af forskellige cellulære vehikler indeholdende forskellige opløsninger af optiske kontrastmidler. PA Proben kan også tjene til at teste targetability af optiske kontrastmidler til maligne celler in vitro,uden brug af cellulære køretøjer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne erklærer, at de ikke har nogen konkurrerende finansielle interesser.
Acknowledgments
Dette arbejde blev delvist støttet af Regione Toscana og Det Europæiske Fællesskab inden for rammerne af den ERANET + Projekter LUS BUBBLE og BI-TRE.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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 |
References
- Ratto, F., Matteini, P., Centi, S., Rossi, F., Pini, R. Gold nanorods as new nanochromophores for photothermal therapies. J. Biophotonics. (1-2), 4-41 (2011).
- Dreaden, E. C., Alkilany, A. M., Huang, X., Murphy, C. J., El-Sayed, M. A. The golden age: gold nanoparticles for biomedicine. Chem. Soc. Rev. 41, 2740-2779 (2012).
- Hahn, M. A., Singh, A. K., Sharma, P., Brown, S. C., Moudgil, B. M. Nanoparticles as Contrast Agents for in-Vivo Bioimaging: Current Status and Future Perspectives. Anal. Bioanal. Chem. 399 (1), 3-27 (2011).
- Dreaden, E. C., Austin, L. A., Mackey, M. A., El-Sayed, M. A. Size matters: gold nanoparticles in targeted cancer drug delivery. Ther. Deliv. 3 (4), 457-478 (2012).
- Manohar, S., Ungureanu, C., Van Leeuwen, T. G. Gold nanorods as molecular contrast agents in photoacoustic imaging: The promises and the caveats. Contrast Media Mol. Imaging. 6 (5), 389-400 (2011).
- Cavigli, L., et al. Size Affects the Stability of the Photoacoustic Conversion of Gold Nanorods. J. Phys. Chem. C. 118 (29), 16140-16146 (2014).
- Chen, L. -C., et al. Enhanced photoacoustic stability of gold nanorods by silica matrix confinement. J. Biomed. Opt. 15 (1), 016010 (2010).
- Ratto, F., et al. CW laser-induced photothermal conversion and shape transformation of gold nanodogbones in hydrated chitosan films. J. Nanopart. Res. 13, 4337-4348 (2011).
- Mercatelli, R., et al. Quantitative readout of optically encoded gold nanorods using an ordinary dark-field microscope. Nanoscale. 5 (20), 9645-9650 (2013).
- Von Maltzahn, G., et al. Computationally guided photothermal tumor therapy using long-circulating gold nanorod antennas. Cancer Res. 69 (9), 3892-3900 (2009).
- Jokerst, J. V., Cole, A. J., Van De Sompel, D., Gambhir, S. S. Gold nanorods for ovarian cancer detection with photoacoustic imaging and resection guidance via Raman imaging in living mice. ACS Nano. 6 (11), 10366-10377 (2012).
- Huang, X., et al. A reexamination of active and passive tumor targeting by using rod-shaped gold nanocrystals and covalently conjugated peptide ligands. ACS Nano. 4 (10), 5887-5896 (2010).
- Alkilany, A. M., Thompson, L. B., Boulos, S. P., Sisco, P. N., Murphy, C. J. Gold nanorods: Their potential for photothermal therapeutics and drug delivery, tempered by the complexity of their biological interactions. Adv. Drug Deliv. Rev. 64, 190-199 (2012).
- Centi, S., et al. In vitro assessment of antibody-conjugated gold nanorods for systemic injections. J. Nanobiotechnology. 12, 55 (2014).
- Jain, P. K., Eustis, S., El-Sayed, M. A. Plasmon coupling in nanorod assemblies: Optical absorption, discrete dipole approximation simulation, and exciton-coupling model. J. Phys. Chem. B. 110 (37), 18243-18253 (2006).
- Funston, A. M., Novo, C., Davis, T. J., Mulvaney, P. Plasmon coupling of gold nanorods at short distances and in different geometries. Nano Lett. 9 (4), 1651-1658 (2009).
- Mazzoni, M., Ratto, F., Fortunato, C., Centi, S., Tatini, F., Pini, R. Partial Decoupling in Aggregates of Silanized Gold Nanorods. J. Phys. Chem. C. 118 (34), 20018-20025 (2014).
- Lapotko, D. O., Lukianova, E., Oraevsky, A. A. Selective laser nano-thermolysis of human leukemia cells with microbubbles generated around clusters of gold nanoparticles. Lasers Surg. Med. 38 (6), 631-642 (2006).
- Choi, M. R., et al. A cellular trojan horse for delivery of therapeutic nanoparticles into tumors. Nano Letters. 7 (12), 3759-3765 (2007).
- Dreaden, E. C., Mwakwari, S. C., La Austin,, Kieffer, M. J., Oyelere, A. K., El-Sayed, M. A. Small molecule-gold nanorod conjugates selectively target and induce macrophage cytotoxicity towards breast cancer cells. Small. 8 (18), 2819-2822 (2012).
- Yang, T. D., et al. Real-time phase-contrast imaging of photothermal treatment of head and neck squamous cell carcinoma: an in vitro study of macrophages as a vector for the delivery of gold nanoshells. J. Biomed. Opt. 17 (12), 128003 (2012).
- Vigderman, L., Manna, P., Zubarev, E. R. Quantitative Replacement of Cetyl Trimethylammonium Bromide by Cationic Thiol Ligands on the Surface of Gold Nanorods and Their Extremely Large Uptake by Cancer Cells. Angew. Chem. Int. Ed. (English). 51 (3), 636-641 (2012).
- Richard, J. P., et al. Cell-penetrating peptides: A reevaluation of the mechanism of cellular uptake. J. Biol. Chem. 278 (1), 585-590 (2003).
- Delehanty, J. B., Boeneman, K., Bradburne, C. E., Robertson, K., Bongard, J. E., Medintz, I. L. Peptides for specific intracellular delivery and targeting of nanoparticles: implications for developing nanoparticle-mediated drug delivery. Ther. Deliv. 1, 411-433 (2010).
- Nikoobakht, B., El-Sayed, M. A. Preparation and growth mechanism of gold nanorods (NRs) using seed-mediated growth method. Chem. Mater. 15 (10), 1957-1962 (2003).
- Ratto, F., Matteini, P., Rossi, F., Pini, R. Size and shape control in the overgrowth of gold nanorods. J. Nanopart. Res. 12 (6), 2029-2036 (2009).
- Niidome, T., et al. PEG-modified gold nanorods with a stealth character for in vivo applications. J. Control. Release. 114 (3), 343-347 (2006).
- Tatini, F., et al. Size dependent biological profiles of PEGylated gold nanorods. J. Mater. Chem. B. 2, 6072-6080 (2014).
- Matteini, P., Ratto, F., Rossi, F., Centi, S., Dei, L., Pini, R. Chitosan films doped with gold nanorods as laser-activatable hybrid bioadhesives. Adv. Mater. 22 (38), 4313-4316 (2010).
- Matteini, P., Ratto, F., Rossi, F., de Angelis, M., Cavigli, L., Pini, R. Hybrid nanocomposite films for laser-activated tissue bonding. J. Biophotonics. 5 (11-12), 868-877 (2012).
- Matteini, P., Tatini, F., Cavigli, L., Ottaviano, S., Ghini, G., Pini, R. Graphene as a photothermal switch for controlled drug release. Nanoscale. 6, 7947-7953 (2014).
- Ratto, F., Witort, E., et al. Plasmonic Particles that Hit Hypoxic Cells. Adv. Funct. Mater. 25 (2), 316-323 (2015).
- Chithrani, D. B. Intracellular uptake, transport, and processing of gold nanostructures. Molec. Membrane Biol. 27 (7), 299-311 (2010).
- Mitchem, J. B., et al. Targeting tumor-infiltrating macrophages decreases tumor-initiating cells, relieves immunosuppression, and improves chemotherapeutic responses. Cancer Res. 73 (3), 1128-1141 (2013).
- Mantovani, A., Allavena, P. The interaction of anticancer therapies with tumor-associated macrophages. J. Exp. Med. 212 (4), 435-445 (2015).
- Panni, R. Z., Linehan, D. C., DeNardo, D. G. Targeting tumor-infiltrating macrophages to combat cancer. Immunotherapy. 5 (10), 1075-1087 (2013).
- Oh, E., et al. Cellular uptake and fate of PEGylated gold nanoparticles is dependent on both cell-penetration peptides and particle size. ACS Nano. 5 (8), 6434-6448 (2011).
- Yuan, H., Fales, A. M., Vo-Dinh, T. TAT peptide-functionalized gold nanostars: Enhanced intracellular delivery and efficient NIR photothermal therapy using ultralow irradiance. J. Am. Chem. Soc. 134 (28), 11358-11361 (2012).
- Ladest, S., Fales, A. M., Domard, A.
- Matteini, P., et al. Photothermally activated hybrid films for quantitative confined release of chemical species. Angew. Chem. Int. Ed. (English). 52, 5956-5960 (2013).
- Khor, E., Lim, L. Y.
- Kennedy, L. C., et al. T cells enhance gold nanoparticle delivery to tumors in vivo. Nanoscale Res. Lett. 6 (1), 283 (2011).
- Pissuwan, D., Valenzuela, S. M., Killingsworth, M. C., Xu, X., Cortie, M. B. Targeted destruction of murine macrophage cells with bioconjugated gold nanorods. J. Nanopart. Res. 9 (6), 1109-1124 (2007).
- Jokerst, J. V., Thangaraj, M., Kempen, P. J., Sinclair, R., Gambhir, S. S. Photoacoustic imaging of mesenchymal stem cells in living mice via silica-coated gold nanorods. ACS Nano. 6 (7), 5920-5930 (2012).
- Ding, H., et al. Gold nanorods coated with multilayer polyelectrolyte as contrast agents for multimodal imaging. J. Phys. Chem. C. 111 (34), 12552-12557 (2007).
- Esposito, G., et al. et al. In vivo laser assisted microvascular repair and end-to-end anastomosis by means of indocyanine green-infused chitosan patches: A pilot study. Lasers Surg. Med. 45 (5), 318-325 (2013).
