Abstract
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.
Introduction
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.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
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.
- Очищают 24 мл СТАВ-блокированы золотые наностержни на concentratioN 450 мкМ Au с помощью двух циклов центрифугирования (12000 х г, 30 мин) и декантации. Убедитесь в том, что отношение мертвого объема до первоначального объема составляет около 1/200 или ниже для всех стадий центрифугирования в этом протоколе. С помощью 500 мкМ водного СТАВ в качестве моющего раствора, и, наконец, перевести частицы в 6 мл 100 мМ ацетатного буфера при рН 5, содержащем 500 мкМ ЦТАБ и 0,005% (об / об) полисорбат 20.
- Добавить 30 мкл 10 мМ водного альфа-метокси-омега-меркапто-поли (этиленгликоль) (MW ~ 5000) и оставить реагировать в течение 30 мин при 37 ° С.
- Добавить 30 мкл 100 мМ (11-Mercaptoundecyl) - N, N, N -trimethylammonium бромид в диметилсульфоксиде и оставляют в покое в течение 24 ч при 37 ° С.
- Затем добавляют 18 мл 0,005% (об / об) полисорбат 20 в воде и очищают эти частицы с помощью четырех циклов центрифугирования (12000 х г, 30 мин) и декантации. С помощью 0,005% (об / об) полисорбат 20 в воде в качестве моющего раствора и, наконец, передача частиц в 2,4 мл стерильного PBS при рН7.4. Окончательное номинальная концентрация золота составляет 4,5 мМ.
2. Загрузка мышиных макрофагах с Gold наностержней
- Используйте / макрофагального линии клеток моноцитов J774A.1 и DMEM, дополненной 10% фетальной бычьей сыворотки, 1 мМ глутамина, 100 ед / мл пенициллина и 100 мкг / мл стрептомицина в качестве культуральной среды. Пластина 5 х 10 5 клеток в четырех чашках Петри диаметром 60 мм и позволяют им расти в течение 24 часов, с тем, чтобы быть субконфлюентные в момент отрыва (этап 2.2).
- На протяжении всего протокола, поддерживать клетки в стандартных условиях культивирования (37 ° С, 5% СО 2, 95% воздуха и 100% относительной влажности). Используйте шкаф ламинарного потока и соответствующие средства индивидуальной защиты для манипулирования клетками.
- Через 24 часа, загрузите клетки с катионными золота наностержней и подготовить их для встраивания в хитозана фильмов:
- Для того, чтобы позволять частицам поглощаться клетками, добавляют аликвоту 4,5мМ Au катионный золота нанострежни в PBS в каждую чашку Петри таким образом, чтобы достичь конечной концентрации 100 мкМ Au. Оставьте чашки Петри в инкубации в течение 24 ч.
- Затем наблюдать клетки под оптическим микроскопом, чтобы подтвердить свои хорошие условия и загрузку. Клетки должны демонстрировать свою нормальную морфологию и ряд темных внутриклеточных везикул. Открепления клеток с помощью скребка, объединить те из двух чашек Петри, для достижения подходящего количества клеток для следующих стадий ( по крайней мере , 2 × 10 6 клеток), и центрифугировать их (120 XG, 6 мин) , чтобы устранить любые избыток катионных золотых наностержней. Клеточный осадок должен выглядеть почти черный.
- Приостанавливать осадок в 2 мл PBS и подсчета клеток с использованием камеры Бюркера. Центрифуга суспензию , содержащую 2 х 10 6 клеток (120 XG, 6 мин) и зафиксировать их осадок в 2 мл 3,6% (вес / объем) формальдегида в PBS в течение десяти минут при комнатной температуре. И, наконец, мыть эти гранулы трижды centrifugatион (120 XG, 6 мин), для того, чтобы удалить закрепитель. Используйте PBS в качестве промывочного раствора.
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 .
- Готовят подкисленного (рН 4,5, полученный добавлением уксусной кислоты) и вязкую 3% (вес / объем) низкомолекулярного хитозана молекулярной (в среднем 120 МВт кДа) раствор, тщательно перемешать ипусть гомогенизируют в течение 24 ч при 40 ° С.
- Затем смешать мышиные макрофаги , содержащие катионный золотые наностержни (2 х 10 6 клеток) с 500 мкл раствора хитозана.
- Для того чтобы получить ~ 50 мкм фантомы, влить 250 мг смеси в 1,91 см 2 полистирольные формы и оставить их в токе азота в течение 24 ч. После этого обработать эти образцы с 500 мкл 1 М NaOH, для того, чтобы вызвать образование поперечных связей, и промойте их 10 мл сверхчистой воды.
4. Испытание устойчивости фотоакустическом преобразования
Примечание: Стабильность преобразования PA исследована с помощью экспериментов PA с самодельной установки, которая описана в 6.
- Приостановка хитозана пленку, содержащую Макрофагов в деионизированной воде, например при помощи пластикового держателя, погруженной в чашку Петри, с тем, чтобы держать на расстоянии ~ 5 мм от нижней части пластины. Поместите эту пластину на микрометрической стадии XYс целью контроля положения образца.
- Фокусировка лазерного луча с ~ длительностью 5 нс импульса в резонанс с продольной плазмонного полосы золотых наностержней (например, с помощью оптического параметрического генератора , накачиваемого третьей гармоники добротности Nd: YAG лазера с диапазоном длин волн от 400 - 2500 нм и длительностью импульса 5 нсек) перпендикулярно к поверхности пленки с диаметром пятна ~ 300 мкм.
- Поместите аттенюатор в передней части лазерного выхода для настройки плотности энергии лазерного излучения и использовать делитель луча , чтобы сфокусировать часть лазерного луча измерителя энергии (например, пироэлектрический детектор) и контролировать колебания плотности энергии. Поддерживать оптическую плотность энергии ниже ~ 1 мДж / см 2 на импульс во время выравнивания. Используйте соответствующие защитные очки для защиты от лазера, когда лазер включен.
- Dip ультразвуковой датчик (частотный диапазон 1 - 20 МГц) в чашки Петри ~ 2 мм от поверхности пленки и отрегулируйте ее положение с помощью микрометрических переводыи вращательные этапы, чтобы максимизировать сигнал PA, излучаемый из пленки.
- Определение зонда плотности энергии F LO , который не повреждает образец 6:
- Облучить случайную точку образца при плотности энергии около 1 мДж / см 2 на один импульс в течение не менее 500 импульсов. Для каждого импульса, получить соответствующий сигнал PA от ультразвукового преобразователя и плотности энергии лазерного излучения от счетчика энергии с помощью осциллографа. Назовите среднюю плотность энергии как F LO суда.
- Рассчитать интенсивность сигнала ПА как его амплитуды от пика до пика в зависимости от числа импульсов. Для того , чтобы противовеса флуктуации интенсивности лазерного, нормализовать амплитуду каждого сигнала ПА отношение собственного флюенса к F LO суда. Анализ тенденции нормированной интенсивности ПА в зависимости от числа импульсов и проверить его стабильность во времени.
- В случае нестабильности, повторите шаги 4.4.1 4.4.3 с более низким значением F LO
- Мера изменения формы пороговой дозы:
- Выбрать другой случайную точку образца и зонда средней интенсивности PA (I LO а) более 500 импульсов на F LO.
- Установите номинальную плотность энергии больше , чем F LO и доставить 50 импульсов. Назовите их среднюю плотность энергии как F возб.
- Зонд средней интенсивности PA (I LO б) свыше 500 импульсов на F LO еще раз. Вычислить отношение R = I LO B / I LO а. Значение R меньше единицы свидетельствует о необратимом изменению оптических свойств образца.
- Используйте микрометрическое этап XY, чтобы переместить фильм и изменить POINт образца в случайном порядке. Повторите шаги 4.5.1 для 4.5.4 с различными значениями F возб, с тем, чтобы занять несколько значений R ниже, вокруг и выше единицы. 15 баллов являются разумными.
- Участок R как функцию F возб и определить порог изменения формы флюенса F - го , как это значение , когда R начинает отличаться от одной за статистической неопределенности. 6
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
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 подвергаются массивное накопление в макрофагах, которые сохраняют свою нормальную морфологию. Частицы оказываются быть заключены в плотных эндоцитических везикул.
На рисунке 2а оптический передачи изображения макрофагов , содержащих катионные золотые наностержни и диспергируют в хитозана фантома после шага 3. Как доказано этой микрофотографии, включение в хитозана гидрогеля делает неffect клеточная морфология. Клетки хорошо диспергирован по всему образцу. Управление хитозана пленок , содержащих золотые наностержни без клеток однородны. Рисунок 2b показывает , что типичный плазмонное полоса золотых наностержней сохраняется , когда частицы захватываются макрофагами, в соответствии с нашей предыдущей работы 14, 32. Таким образом, эффекты , такие как плазмонного взаимодействия на сегрегации в эндоцитических везикул и дифференциального поглощения частиц с различными размерами и формой , которые сосуществуют в полидисперсной коллоидной 28, 33 не играют существенной роли в этих протоколах. Рисунок 2b также доказывает целесообразность хитозана как оптический фантом.
Рисунок 3 показывает тенденцию R как функцию F возб , измеренной в соответствии со стадией 4 и дает представление о данных и анализа, которые требуются для determминации из F - го , как на этапе 4.5.5. F - е было установлено, что (11 ± 1) мДж / см 2 в этом примере. Измерения PA на этом образце дали сигналы с отношением сигнал-шум (SNR) больше , чем 20 при усреднении по 500 импульсов на несколько мДж / см 2, что обеспечивает высокую точность при исследовании устойчивости преобразования ПА от сотовых аппаратов.
Рисунок 1. Катионные золотые наностержни и макрофаги характеристика: с (650 × 500) нм 2 ПЭМ - изображение в синтезированной золотых наностержней, b, c и d:. , Соответственно (13 × 8,6) мкм 2, (2,3 × 1,7) мкм 2 и (870 × 650) нм 2 ПЭМ макрофагов , обработанных катионных золотых наностержней. Появлениечастицы в панели D зависит от их наклона в ячейке. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 2. Хитозан пленка Характеристика: с . Оптическая передача изображений макрофагов , содержащих катионные золотые наностержни и диспергируют в хитозана фантома б:. Оптические спектры экстинкции хитозана фантомов , содержащих золотые наностержни без клеток (сплошной черной линии, контрольный образец) и макрофагов , содержащих золото наностержни (прерывистая красная линия). Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
<IMG Alt = "Рисунок 3" SRC = "/ файлы / ftp_upload / 53328 / 53328fig3highres.jpg" ширина = "350" />
Рисунок 3. Клеточная транспортные средства светостойкость. Отношение R интенсивностей I LO , принятых до и после облучения при каждом F отл по сравнению с F возб. Столбики ошибок возникают из флуктуации сигнала на F LO. Перестройка порог извлекается из этих данных, как R падает ниже единицы. Красная сплошная линия служит в качестве руководства к глазу. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
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 не страдает от удержания частиц в пределах эндоцитических везикул, что означает, что их плазмонное муфта и кросс-перегревание не являются критическими. Мы предполагаем , что нити PEG и частота форм, которые вне резонанса, таких как золото наносферы, предотвратить частицы , чтобы попасть в слишком плотный контакт, который составляет около их диаметров 17 (около 10 нм) и одной тепловой длины диффузии (около 30 нмв 5 нсек) для плазмонного муфты и кросс-перегреванию, соответственно.
Протокол является инновационным по отношению к существующим методам при проектировании частиц и следствия их светостойкости. Конструкция золотых наностержней в соответствии со стадией 1 сочетает в себе наблюдение Vigderman и др. 22 , что четвертичные соединения аммония способны вести массовое потребление золотых наностержней Into эндоцитических везикулы и понятие , что клетка проникающее агенты с профилем катионного 24, 37 может встраиваться в PEG оболочки 38 и оставаться функциональным, в то время как получение коллоидной стабильности и биосовместимости 28. На самом деле шаг 1 напоминает метод Юань и др. 38, с заменой клеток проникающего пептидов с меньшими и более дешевыми четвертичных аммониевых соединений. С учетом этих изменений, катионные золота наностержней являются многофункциональными и устойчивыми. Так как эти particlэс предназначены в качестве контрастных агентов для визуализации ПА, зонд PA идеально подходит для проверки их функциональных возможностей. Измерение стабильности преобразования ПА путем определения перепрофилирования порога в шаге 4 является количественное и воспроизводимое, которые являются уникальными особенностями в рамках научной литературы. Кроме того, отметим, что этот метод не требует калибровки оборудования PA.
Критические шаги в рамках протокола включают изготовление хитозана пленок для проверки клеточных транспортных средств с точки зрения их эффективности в качестве контрастных агентов для получения изображения PA. Хитозан представляет собой линейную цепь биополимер , содержащий глюкозамин и N - ацетил глюкозамин остатков , соединенных вместе 1,4-гликозидных связей. Некоторые физико - химические свойства хитозана, такие как размер пор, пористость и механические свойства, а также его универсальности и удобности, делают его идеальным вариантом для изготовления гидрогелей в виде тонких пленок или пористых мембран 29, 39, 40. Кроме того, полисахарида хитозана основой структурно подобен гликозаминогликанов, основным компонентом внеклеточного матрикса соединительной ткани, способствовавшее его использование для инженерных и клеточных Biomimetic поддерживающих подмостей 41. В целом, хитозан гидрогели обладают тепловые и модули упругости , которые являются репрезентативными соединительной ткани 29, 41, 42, который идеально подходит для испытаний PA. Следует проявлять осторожность, чтобы достигнуть пленок с надлежащей толщины (50 мкм), низкой оптической мутности и хорошей однородности. Обратите внимание, что дозы, указанные в пункте 3 были оптимизированы. Вязкая суспензия макрофагов в мышиных хитозана следует смешивать с усердием согласно шагу 3.2. С этими инструкциями, эти фильмы уже были использованы для сравнения стабильности преобразования ПА золотых наностержней разного размера 6.
воздаемых модификации протокола включают получение катионных золотых наностержней и клеточных транспортных средств в пунктах 1 и 2. Способ на шаге 1 , может быть сопряжено с постепенных улучшений, например, путем замещения проникающего агента клеток или длины ПЭГ стренг и т.д., с тем чтобы свести к минимуму любое вмешательство в физиологию опухолеассоциированному макрофагов. Использование лигандов , которые являются специфическими для макрофагов может быть вариант 43. Другие параметры , которые влияют на поглощение частиц включают их размер и форму 33 и их неорганическое покрытие. Например, оболочка из диоксида кремния может дать сочетание высокой интернализации 44 оптической устойчивости к агрегации 17 и стабильности PA 7, за счет более изощренно и более посторонних материалов. Мы предполагаем , что эндосом путь интернализации может быть общим эффектом 33, 43, 44
Ограничения протокола включают необходимость использования фиксированных клеток, а не живые клетки, потому что рецепты на шаге 3 несовместимы с сохранением CELlular жизнеспособность. Другие ограничения связаны с необходимостью достаточного SNR при определении зонда плотности энергии на стадии 4.4, которая транслируется в достаточной комбинации оптического поглощения и светостойкости пленки.
В заключение, мы описали инновационный протокол для подготовки и выполнить функциональную характеристику клеточных транспортных средств, которые целесообразно в качестве контрастных агентов для визуализации фотоакустическом. Мы обнаружили, что введение золота наностержней в мышиных макрофагах не оказывает отрицательного влияния их фотостабильность. В центре внимания нашей текущей работы по физиологии этих клеток, с особым вниманием к их жизнеспособности и активности хемотаксиса. В дальнейшем, этот метод должен быть испытан, чтобы исследовать получение различных клеточных транспортных средств, содержащих различные решения оптических контрастных агентов. Зонд PA может также служить для проверки targetability оптических контрастных агентов для злокачественных клеток в пробирке,без использования сотовых транспортных средств.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих финансовых интересов.
Acknowledgments
Эта работа была частично поддержана Regione Toscana и Европейским сообществом в рамках пузырьковой Eranet + Проекты СЗП и 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).
