Summary
난소 암 복 막 구멍을 통해 전이 형성 한다. 여기, 우리는 프로토콜을 제시 하 고 사용 folate 수용 체 표면 강화 된 공명 라만 산란 nanoprobes 비율 이미지를 통해 높은 특이성으로 이러한 병 변 공개 대상. nanoprobes 생활 쥐, intraperitoneally 관리 되 고 파생된 이미지 조직학 잘 연관.
Abstract
난소 암 최악의 부인과 악성을 나타냅니다. 대부분의 환자 (피구 단계 III 또는 IV), 고급 단계에서 현재 로컬 전이성 확산은 이미 발생 한 경우. 그러나, 난소 암 복 강 내 종양 이식 포함 처음에 전이성 확산의 독특한 패턴이 있다. 이 기능은 수 가능, 원칙적으로, 종양 치료 의도 임 플 란 트의 완전 한 절제 이러한 전이성 병 변이의 대부분은 현미경, 그들을 식별 하 고 치료 열심히 하입니다. 이러한 micrometastases 중화 종양 재발을 제거 하 고 장기적인 생존을 달성을 향해 주요 목표 될 여겨진다. 라만 표면 강화 된 공명 라만 산란 nanoprobes와 이미징 윤곽을 그리 다 때문에 그들의 밝은 높은 감도와 미세한 종양 및 bioorthogonal 스펙트럼 서명을 사용할 수 있습니다. 여기, 우리가 같은 nanoprobes의 두 '맛'의 합성 설명: folate 수용 체는 항 체 공업화 한-많은 난소 암 overexpressed-그리고 고유한 스펙트럼과 비 대상 컨트롤 nanoprobe. nanoprobes는 intraperitoneally의 전이성 인간 난소 선 암 마우스 모델을 공동 관리. 모든 동물 연구 기관 동물 관리 및 사용 위원회의 기념 슬로 안 Kettering 암 센터에 의해 승인 되었다. 동물의 복 막 구멍, 노출 수술은, 고 라 microphotospectrometer와 검사. 그 후, 두 nanoprobes의 라만 서명을 클래식 최소 제곱법 맞춤 알고리즘을 사용 하 여 분리 되며 타겟이 불분명 한 프로브를 통해 엽 산 대상의 비율 기준 신호를 제공 하기 위해 그들의 각각 점수 분할. 이 방법에서는, 미세한 전이 높은 특이성으로 시각화 됩니다. 이 방법의 주요 이점은 복 막 구멍으로 로컬 응용 프로그램은-수술 하는 동안 편리 하 게 할 수 있는-조직의 나노 노출 환자를 쓰는 하지 않고 종양을 태그 수 있습니다. 가양성 신호 내장 표면에 nanoprobes의 비 특정 바인딩에서 형태소 분석 별개 라만 서명 사용 하 여 대상 및 비 대상 nanoprobes 혼합물으로 적용 됩니다 비율 방법에 따라 삭제 될 수 있다. 절차는 현재 상업 넓은 필드 라만 이미징 운영 극장에서이 기술의 응용 프로그램에 대 한 수 한 번 사용할 수 있는 카메라 시스템의 부족에 의해 제한 됩니다.
Introduction
라만 '표면 강화 된 라만 산란'와 이미징 (SERS) 나노 설정의 다양 한 병 변을 묘사에 큰 약속을 표시 하 고 많은 다른 종양에 대 한1,2,3,4 . 관련 나노 입자의 주요 이점은 그들 생물 학적 배경 신호5혼동 하지 분명 탐지를 affording 그들의 지문 처럼 스펙트럼 서명입니다. 또한, 내보낸된 신호 강도 더 여기 레이저, '표면 강화 된 공명 라만 산란'를 야 기한에 맞춰 흡 광도 맥시 마와 기자 분자 (염료)의 사용과 증폭 (SERRS) 더 큰 감도6,7,8,9,10,,1112나노 입자.
SE(R)RS 나노 입자13 의 채택에 대 한 해결 되어야 한 방 벽 및 많은 다른 나노 구조14,15 임상 사용을 위해 이다 관리의 그들의 모드 주사 하면 체계적으로 에이전트의 노출 잠재적인 부작용을 제외 하려면 광범위 한 테스트 필요로 하는 고. 이 문서에서는, 우리는 나노 입자의 응용 프로그램에 따라 다른 패러다임 제시 로컬로 vivo에서, 동안 수술, 복 막 구멍에 직접 다음 언바운드 나노 입자1를 제거 하는 세척 단계. 이 방식은 소설 치료 접근의 조사를 받고 현재는 또한 그에 맞춰 흘리기 복 화학요법 (HIPEC) 라는 복 막 구멍으로 에이전트의 로컬 주입의 사용. 따라서, 원리 자체 임상 작업 흐름에 통합 하기 위해 상대적으로 쉬워야 한다. 우리는 나노 입자의 biodistribution 복 신청 후, 공부 하 고 조직의 순환1에 어떤 감지 흡수 관찰 하지. 또한, 로컬 응용 프로그램 접근 필요한 나노 입자의 수는 현저 하 게 감소 하므로 reticuloendothelial 시스템에서 나노 입자의 격리 circumvents. 그러나, 몸에 붙이기도 적용할 때 항 체 기능성된 나노 입자는 그들의 목표의 부재에도 내장 표면에 고착 하는 경향이 있습니다. 때문에 일반적인 나노 접착 거짓 긍정적인 신호를 최소화 하기 위해 우리는 비율 접근 방식을 추구, 분자로 타겟된 nanoprobe 특정 신호 및 다른 라만 스펙트럼, 비 대상 컨트롤 nanoprobe를 제공 하는 곳 일반적인 배경16,17에 대 한 계정. 우리 몸에 붙이기도 적용 표면 강화 된 공명 라만 비율 분광학 확산 난소 암1마우스 모델에서 최근이 방법론을 설명 했다.
이 방법의 전반적인 목표는 표적으로 한 두 개의 SERRS nanoprobes를 개발 하 고 하나의 일반적인, 암의 보급/overexpression 이미지 위해 마우스 모델에 로컬로 적용 관련 바이오 마커 비율 기준 탐지의 두 프로브를 사용 하 여 통해 라만 이미징입니다. 이 작품에서는, 이것이 많은 난소 암18,19에서 마커 upregulated folate 수용 체 (FR)를 대상으로 선정 되었다. 관련 기반 나노 입자와 라 microimaging 또한 암 셀 식별20에 대 한 증명 되었습니다. 두 가지 "맛" 라 나노 입자의 합성 됩니다, 각각의 지문 다른 유기 염료에서 파생. 나노 실리 카 포탄에 의해 둘러싸인 별 모양의 골드 코어의 구성 및 표면 플라스몬 공명 약 710에서 설명 nm. 라만 기자 (유기 염료) 실리 카 쉘 형성 동시 입금 됩니다. 마지막으로, FR을 대상으로 nanoprobes (αFR-NPs)에 대 한 실리 카 포탄은 활용 된 항 체와 비 대상으로 nanoprobes (nt-NPs)는 폴 리 에틸렌 글리콜 (PEG)의 단층으로 패 하는 반면.
이 기술은 미세한 종양 확산 전이성 난소 암 (SKOV-3), 생체 조건 사용에 대 한 그것의 적용을 보여주는 마우스가 종이 식 모델에 매핑하는 데 성공적으로 사용 되었다. 그것은 또한 종양 형질, 또는 동족 연구21과 같이 debulking 후 여백 결정에 대 한 삭제 조직에 사용 하기 위해 확장할 수 있습니다.
SERRS nanoprobes 개요로 그림 1에 요약 된 대로 간단한 화학 반응으로 합성, 생체에 대 한 여러 대상된 태그의 창조를 위한 강력한 플랫폼을 제공 합니다. 여기, 우리는 SERRS nanoprobes (섹션 1-3)의 두 종류의 합성에 대 한 프로토콜, 적합 한 난소 암 마우스 모델 (4 단원)의 개발, nanoprobes 및 이미징 (5 단원)의 관리 및 마지막으로 데이터 분석 제시 및 시각화 (6 단원)입니다.
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Protocol
모든 동물 연구 기관 동물 관리 및 사용 위원회의 기념 슬로 안 Kettering 암 센터 (#06-07-011)에 의해 승인 되었다.
1. 골드 Nanostar 코어 합성
참고: 골드 nanostars 두 맛이이 실험에 사용 되는 SERRS nanoprobes의 코어로 사용 됩니다.
- 60mm 의약품 (C6H8O6) 솔루션 이온된 (DI) 수와 디 물에 20 mM tetrachloroauric 산 (HAuCl4) 솔루션의 8 mL의 800 mL를 준비 합니다. 4 ° c에 냉각
- 4 ° c.에이 반응 단계를 수행 마그네틱 저 어 접시에 의약품 솔루션의 800 mL를 포함 하는 원뿔 플라스 크를 배치 하 고 꾸준한 소용돌이 유도. 신속 하 게 소용돌이에 tetrachloroauric 산 성 솔루션의 8 mL를 추가 합니다. 초 이내에, nanostars 형성 하 고 솔루션 어두운 파란색을 가정 합니다 합니다. 경우에 언제 든 지 색상 분홍색 또는 자주색, 나노, 현 탁 액의 형성을 삭제 한다 상징 및 다시 합성 된다.
- 50 mL 원뿔 관, 및 (4 ° C, 3,220 x g) 20 분 동안 원심 분리기 nanostar 정지 하 거 라. 각 관에는 솔루션의 대략 200 µ L를 떠나 상쾌한 발음 튜브의 하단에 나노 입자의 펠 렛을 방해 하지에 주의 지불 해야 합니다.
참고: 나머지 정지 nanostars 때문에 상쾌한 푸른 색조를 있어야 합니다. - 사용 하는 micropipette, 일시 중지 하 여 각 관에서은 나노 입자를 수집 솔루션 교 반 하십시오. 펠 릿의 일부 튜브의 바닥에 압축 될 수 있습니다 그리고이 부분 활기찬 pipetting 폐기와도 resuspend 하지 것입니다.
- 투 석 카세트 (MWCO 3.5 kDa) 나노 서 스 펜 션 전송 및 적어도 3 일 매일 물을 변경 디 물 2 L에 대 한 dialyze. 3-4 일 마다 물 변화 한 달까지 4 ° C에서 투 석에서 nanostars을 저장 합니다.
참고: 섹션 2에에서 설명 된 대로 투 석 silication 반응에 필요한 때까지에 nanostars는 유지 한다.
2입니다. 실리 카 포탄의 형성
참고: 라만 nanoprobes의 2 개의 풍미 합성 됩니다. 합성 절차 라 기자 분자 (염료) 사용 되 고 유일한 차이 둘 다를 위해 동일 이다. 이 실험에서 IR780 과염소산염 및 IR140 사용 됩니다. 반응이 항상 플라스틱 용기에서 수행 되어야 합니다. 합성 확장성 이며 필요한 injectate의 원하는 금액에 대 한 조정 될 수 있다. 여기, 중간 일괄 합성 기술 된다는 같은 농도와 반응 시간 필요에 따라 낮은 또는 높은 볼륨을 선형으로 확장할 수 있습니다. SERRS nanoprobe 두가지에 대 한 반응은 동시에 수행할 수 있습니다. 교차 오염을 방지에 주의. 쥡니다 단계, 세척 하는 동안 나는 나노 입자를 1 시간 이상 저장 한 후 원심 분리 후 나노 펠 릿의 redispersion에 대 한 수행 되어야 한다. 나노 입자는 일반적으로 1에 대 한 솔루션으로 명확 하 게 일시 중지 될 때까지 수행 해야 하는 쥡니다 s.
- 튜브 A (50 mL 원뿔 튜브), 소 프로 파 놀, TEOS, 디 물, 200 µ L의 500 µ L 및 염료 (IR780 과염소산염 또는 IR140, DMF (dimethylformamide)에 20 m m)의 60 µ L의 10ml를 혼합.
- 튜브 B (15 mL 원뿔 튜브), 에탄올의 3 mL 및 수산화 암모늄의 200 µ L을 혼합. 분산 솔루션에서 모든 클러스터를 하 고 nanostars의 1.2 mL 튜브 단계 1.4에서 nanostars sonicate
참고: 수산화 암모늄 솔루션은 높은 휘발성 하 고 정확 하 게 플라스틱 어렵다. Pipetting 촉진 하기 위하여 필요한 때까지 4 ° C에서 그것을 저장 합니다. - 와 동 믹서에 관 A를 놓고 꾸준한 소용돌이 유도 합니다. 빠르게 소용돌이로 관 B의 내용을 추가 하 고 약 5 혼합 계속 미 셰이 커와 상 온에서 300 rpm에서 떨고 있는 동안 15 분에 대 한 반응에 즉시 전송.
- 15 분 부 화 후 에탄올 50ml 튜브를 채우기 위해 추가 하 여 반응을 끄다. 3,220 x g 와 4 ° C에서 20 분 동안 원심 분리기
- 솔루션, 되는 펠 렛을 방해 하지 않도록 주의의 약 0.5 mL를 떠나 상쾌한 발음 에탄올의 1 mL을 추가 하 고 resuspend는 나노 입자를 피 펫을 선동. 1.5 mL 원심 분리기 튜브를 전송 하 고 4 분 11000 x g 에서 centrifuging, 상쾌한, 발음 및 펠 릿 ultrasonication 약 1, resuspending에 의해 에탄올과 4 번을 씻어 s.
참고: 이 단계에서 silicated 나노 입자 수 기능성, 3, 섹션에 설명 된 대로 또는, 주일 4 ° C에서 저장 한 추가 세척 단계와 디 물에 resuspended.
3. 표면 기능화
참고: IR780 SERRS nanoprobes 양식 αFR-NPs;로 못 crosslinker 통해 엽 산 수용 체를 대상으로 항 체와 함께 활용 될 것입니다. IR140 SERRS 제어 nanoprobes nt NPs에 대 한 청 못 단층으로 활용 될 것입니다. 두 맛 별도 하지만 병렬 반응에서 thiol maleimide 반응을 통해 형성 된다.
- 두 번을 4 분 11000 x g 에서 centrifuging, 상쾌한, 발음 ultrasonication에 의해 에탄올의 1 mL에 펠 릿을 resuspending 나노 입자를 씻어. 한 번 더 세척 단계를 반복 하지만 디 물 1 ml 에탄올 85%, 10 %3-MPTMS (3-mercaptopropyltrimethoxysilane), 및 5%의 redisperse. 입자 표면에 thiols를 소개 하는 1-2 h에 대 한 실 온에서 품 어.
- 4 분 11000 x g 에서 centrifuging와 발음은 상쾌한 ultrasonication, 에탄올, 디에 두 번에 두 번으로 펠 릿을 resuspending thiol 기능성된 나노 입자를 씻어 그리고 마침내 HEPES에서 (4-(2-hydroxyethyl)-1- piperazineethanesulfonic 산) 버퍼 (10 m m, pH 7.1), 그리고 설정 옆으로.
참고: MES (2-(N-morpholino) ethanesulfonic 산) 버퍼 또는 HEPES을 사용 해야 합니다. PBS (인산 염 버퍼 식 염 수), 등 높은 염 분 버퍼 나노 집계를 유도 수 있습니다. - 기능성된 항 체 αFR-NPs에 대 한 항 체 (항 엽 산 바인딩 단백질 항 체 클론 [LK26])의 200 µ g의 말뚝 crosslinker (poly(ethylene glycol) (N-hydroxysuccinimide 5-pentanoate) 에테르 n ′-(3-10 배 어 금 니 과잉 반응 maleimidopropionyl) aminoethane (CAS: 851040-94-3), 디 메 틸 sulfoxide (DMSO)에) 30 분 MES 버퍼 (10 m m, pH 7.1)의 500 µ L에서.
- 초과 crosslinker를 제거 하 고 원심 필터 (MWCO 100 kDa)에서 항 체 못 솔루션 centrifuging 여 항 체를 집중. 이 연구에 사용 되는 원심 필터에 대 한 수행 14000 x g 에서 10 분 및 23 ° c.에 대 한 원심 분리 필터 반전 및 1000 x g 2 분에 centrifuging 신선한 튜브에 활용 된 항 체를 복구 합니다.
- 플라스틱 단계 3.2에서 항 체와 튜브에 IR780 나노 입자와 혼합을 피 펫을 선동. 적어도 30 분을 위한 혼합물을 품 어 방 온도, 또는, 또는 양식 αFR-NPs 하룻밤 4 ° C에서.
- Nt-NPs를 형성, 추가 1 %w / v methoxy 종료 (m) PEG5000-maleimide (CAS: 99126-64-4) 단계 3.2 및 500 µ L MES 버퍼 (10 m m, pH 7.1), 실내 온도에 적어도 30 분에 게 반응에서 IR140 SERRS 나노 입자에 DMSO에 용 해 또는, 양자 택일로 4 ° C에서 하룻밤.
- 마우스 (5 절), 두 nanoprobe 맛 4 분 11000 x g 에 아래로 회전 관리에 대 한 무료 unreacted 항 체/못, 솔루션을 제거 하려면 상쾌한 발음 하 고 MES buffer (10 m m, pH 7.1) 600 오후 농도에서 각각의 맛 redisperse . Resuspending는 나노 입자 때 초음파, 항 체의 변성을 방지 하기 위해 불필요 한 노출을 최소화 합니다.
4. 마우스 모델 개발
- 인간의 난소 선 (SKOV-3) 암 세포 라인의 꾸준한 문화를 설정 합니다. 필요한 경우, 생물 발광/형광을 통해 모니터링 활성화, transfected SKOV 3 Luc+/GFP+ 세포를 사용 합니다. 일주일에 두 번 통과와 10% 태아 종 아리 혈 청 RPMI (로스웰 파크 기념 연구소) 매체에 문화 세포. 주입, 0.25% trypsin/0.05% EDTA 3 분 분리 후 세척 하 고 2 x 106 셀/100 µ L에 PBS에 resuspend를 가진 세포를 품 어.
- 난소 micrometastasis 모델을 설정 하기 위해 athymic 여성 쥐 (FOXn1nu/FOXn1nu 마우스, 6-8 주 이전)에 일시 SKOV-3 셀의 200 µ L을 intraperitoneally 주사. 전파 복 막 확산은 약 4 주 동안에서 발생 합니다. SKOV 3 Luc+ 세포를 사용 하는 경우 종양 성장 retroorbital 주입을 통해 50 µ L PBS에 딱정벌레 소의 2 mg을 투여 하 여 생물 발광을 모니터링할 수 있습니다.
5. Nanoprobe 주입 및 이미징
- 섹션 1-3, 300의 최종 농도 대 한 1:1 비율로 믹스에 설명 된 대로 nanoprobes (αFR-NPs와 nt NPs) 준비 (10 m m, pH 7.1) MES 버퍼에 각 유형의 오후. 필요에 따라 준비 하는 30의 기준 작은 (100 µ L) 원뿔 튜브에 nanoprobe 풍미의 각각의 오후.
- 각 마우스에 나노 서 스 펜 션의 intraperitoneally 1 mL를 주사 하 고 복 강 내 나노 입자를 분산 하는 배를 부드럽게 마사지. 그 주택에 마우스를 반환 합니다. 25 이상의 분 후 CO2 질을 통해 마우스를 안락사.
-
(대 한 이미징, 플랫폼 요구 똑바로 현미경 스테이지에 탑재할 수는 전체 복 부) 부정사 위치에 수술 플랫폼에 마우스를 고정.
- 톱니 모양의 집게 및 해 부가 위를 사용 하면, 복을 노출 하 고 전체 복 부를 노출 (2, 3 cm 길이) 사이 큰 화살 절 개를 수행 피부 제거할. 플랫폼에 복 막 날개를 부착 합니다. 플라스틱 물 총 병을 사용 하 여 PBS의 적어도 60 mL와 복 막 구멍의 내부를 세척.
참고: 전체 복 부의 고품격된 이미지를 사용 하려면 내장 동원 또는 excised 필요가 있다. 절단을 위한 복 부 구멍으로 출혈을 감소 시키기 위하여 mesenteric 혈관의 결 찰 resect. - 또는, 특정 기관 이미지, PBS 세척 후 삭제할 현미경 슬라이드에 그들을 배치 하.
- 톱니 모양의 집게 및 해 부가 위를 사용 하면, 복을 노출 하 고 전체 복 부를 노출 (2, 3 cm 길이) 사이 큰 화살 절 개를 수행 피부 제거할. 플랫폼에 복 막 날개를 부착 합니다. 플라스틱 물 총 병을 사용 하 여 PBS의 적어도 60 mL와 복 막 구멍의 내부를 세척.
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똑바로 광학 구성 및 이미징; 전동된 스테이지 라 microspectrophotometer에 플랫폼 이나 슬라이드를 전송 300 mW 785 nm 다이오드 레이저, mm, 1,115 c m-1에서 중심으로 당 1200 홈의 격자와 상용 시스템을 사용 합니다.
- 흰 빛 광학, 라만 레이저 parfocal를 사용 하 여 관심사의 지역에 초점. 선택 하는 이미지 수를 지역 및 원하는 해상도; 이 보고서에서 고속 수집 모드 사용 되었다 (연속 레이저 조명 아래 끊임없이 이동, 효과적인 공간 해상도 14.2 µ m 200 µ m, 5 배 확대에 목표, 100 mW 전력 현미경 단계 취득 스펙트럼 그리고 < 100 ms 노출 포인트 당)입니다.
참고: 5.1 단계에서에서 참조 nanoprobes 튜브 후속 분석을 위한 내부 기준 제공 하기 원하는 경우 이미지 영역 내에서 배치할 수 있습니다. 레이저 이외에서, 외부 광원 도달 목표 다는 것을 확인 하십시오.
- 흰 빛 광학, 라만 레이저 parfocal를 사용 하 여 관심사의 지역에 초점. 선택 하는 이미지 수를 지역 및 원하는 해상도; 이 보고서에서 고속 수집 모드 사용 되었다 (연속 레이저 조명 아래 끊임없이 이동, 효과적인 공간 해상도 14.2 µ m 200 µ m, 5 배 확대에 목표, 100 mW 전력 현미경 단계 취득 스펙트럼 그리고 < 100 ms 노출 포인트 당)입니다.
- 필요에 따라 4% paraformaldehyde PBS에 4 ° c.에 하룻밤 사이에 고정 하 여 조직학 처리 및 유효성 검사에 대 한 샘플을 준비 씻어 PBS와 15 분 동안 4 ° C에서 두 번 이상. 표준 조직학 가공 및 파라핀 포함까지 물에 70% 에탄올에 샘플을 계속. 종양의 조직학 유효성 검사, 파라핀 블록의 다른 깊이에서 섹션 (두께 5 µ m) hematoxylin와 오신 (H & E) 얼룩이 될 수 있다.
6. 데이터 처리 및 시각화
참고: 모든 데이터 처리는 그래픽 사용자 인터페이스 자체를 개발 상용 소프트웨어를 사용 하 여 수행 되었다. 모든 사용 하는 함수는 일반적인 해당 다른 컴퓨팅 환경에서 사용할 수 있습니다.
- 각각의 순수한 정지 질문 2 개의 풍미에 대 한 참조 스펙트럼을 얻을. 참조 스펙트럼 포인트 스캔 nanoprobes에서 파생 될 수 있다 잘 플레이트 또는 참조 튜브 (단계 5.1 참조)에 실험 검사에서 내부 참조를 포함 하 여 nanoprobes의 영상.
- 기본 빼기를 사용 하 여 참조 스펙트럼을 전처리 (휘 태 커 필터, λ = 200), 곡선, 및 Savitzky Golay 파생 필터 영역에 의해 정규화 (2도 다항식, 1 차 파생, 너비에 맞춰 15 단계 =). 이러한 전처리 스펙트럼 고전 최소 자승법 (CLS) 모델에 대 한 참조가 될 것입니다.
- 같은 방법으로 참조 스펙트럼 이미지에서 샘플 데이터를 전처리. 사용할 수 있는 CLS 알고리즘을 사용 하 여 각 샘플 포인트에 대 한 CLS 점수를 얻을. 직접 CLS (DCL) 점수는 단순히 참조 스펙트럼의 일반적인된 역 매트릭스 (무어 펜로즈 역)에 의해 정의 된 선형 공간 샘플 스펙트럼의 투영의 좌표입니다. 다른 피팅 알고리즘 수 사용 (음수가 최소 자승법, 부분 최소 제곱, 또는 다른 사람).
참고: 일부 피팅 알고리즘이이 맥락에서 되지 않은 실제 부정적인 점수 상승을 줄 수 있습니다. 이 경우, 부정적인 점수를 제외 하도록 임계값을 설정할 수 또는 제한 된 음수가 최소 제곱 알고리즘 될 경우 대신 고용. - 대상된 나노 입자에 대 한 참조에 점수의 pointwise 비율 (점수αFR) 비 대상 나노 입자 (점수nt)에 대 한 참조에 점수에. 점수-음수가 있다면, 비율 로그 패션에 표현 될 수 있습니다.
R = 로그10(αFR점수 /nt점수).
비율 R 최고의 0, 크기 순서에서에서 프로브의 상대 풍부한 표현 중심으로 분기 색 눈금에 표시 됩니다. 결과 이미지는 folate 수용 체 overexpression의 영역을 표시 하는 샘플의 흰색 빛 이미지에 중첩 될 수 있습니다.
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Representative Results
품질 관리 목적을 위해은 나노 입자 합성 과정, 그림 2와 같이 가장, DL, 나노 추적 분석 및 UV/Vis 흡수도 분광학를 포함 하 여 다양 한 방법 사용 하 여 특징 수 있습니다.
이 방법에서는, 골드 nanostar 코어 (설명된 섹션 1)의 크기, 실리 카 셸 (제 2)의 형성 및 후속 표면 기능화 (제 3) 수 확인 (그림 2). 일반적으로, 골드 nanostar 코어의 크기 (유체역학 직경) 80 정도 될 것으로 예상 된다 nm, 그리고 실리 카 포탄은 약 20 nm 두께, 총 silicated 나노 크기 약 120 nm와 약 140 nm αFR 항 체와 활용 후. UV/Vis 흡 광도 나노 입자의 형태를 확인 하기 위해 사용할 수 있습니다. 물에서 Nanostar 코어는 일반적으로 670에 흡수도 최대가 nm, silication 후 최대 710 주위를 이동 하는 반면 nm. 낮은 파장에서 흡 광도 맥시 마는 둥근 형태 또는 집계의 표시입니다. 전형적인 반응 수율과 농도 표 1 에 표시 되 고 세척 단계 동안 pipetting 기술에 강하게 달려 있을.
라 검사에서 얻은 각 포인트는 interrogated 위치에 대 한 스펙트럼을 포함 되어 있습니다. 이 스펙트럼은 nanoprobes' SERRS 신호 및 어떤 배경 형광의 선형 중첩. 스펙트럼 형광 제거를 처리 하 고 그림 3에서처럼 CLS 모델 (섹션 6에서에서 설명)을 적용 하기 전에 신호 강도 대 한 보상을 단위 면적으로 정규화 수 있습니다. Nanoprobe 참조 스펙트럼 및 pointwise 그들의 비율의 각 점수에 대 한 대표적인 이미지는 그림 4에 나와 있습니다. 각 점수 개별적으로 종양의 특정 지역화를 제공 하지 않지만, 비율 미세한 전파의 존재를 보여준다.
| 단계 | 초기 볼륨 | 초기 농도 | 마지막 볼륨 | 최종 농도 |
| 1. Nanostar 코어 | 8 mL HAuCl4 | 20 mM HAuCl4 | 5 mL | 1.3 nM |
| 2입니다. Silication | 1.2 mL | 1.3 nM | 1.2 mL | 0.5 nM |
| 3.1입니다. Thiolation | 1 mL | 0.5 nM | 1 mL | 0.43 nM |
| 3.5입니다. 활용 | 1 mL | 0.43 nM | 1 mL | 0.39 nM |
표 1: 후 각 반응 단계 나노 항복. 농도 대략입니다. 수익률 분석, 두 개의 독립적인 종합과 각 5 독립적인 측정을 추적 하는 나노에 의해 결정 되었다.
그림 1 : 합성 및 비율 SERRS nanoprobe 이미징 응용의 도식. (1) 금 nanostars 섹션 1에서에서 설명한 대로 합성 됩니다. (2) 실리 카 쉘 골드 nanostar 코어와 라 기자 분자 (적외선 염료 IR-780 과염소산염 및 IR-140) 섹션 2에에서 설명 된 대로 두 가지 나노 맛을 만드는 데 사용 됩니다 형성 됩니다. (3)는 나노 입자의 표면 표면 기능화 추가 있도록 3.1 절에서 설명한 대로 thiols, 코팅입니다. IR-780 맛 나노 입자, IR-140 사람 섹션 3.3 3.6에에서 설명 된 대로 못-5 k의 레이어와 패는 동안 안티 Folate 수용 체 항 체와 함께 활용 됩니다. (4) 마우스 모델 확산 복 난소 전이성 확산의 섹션 4에서 설명한 대로 개발 되 고 SERRS nanoprobes intraperitoneally 관리 준비. (5) 쥐 안락사는, 그리고 복 부 수술로 라로 이미징 수 있도록 노출 섹션 5에에서 설명 된. (6)는 라만 스펙트럼은 두 프로브의 관계 되는 풍부를 결정 하 고 엽 산 수용 체 overexpression 섹션 6에에서 설명 된 대로의 비율 지도 생성 하 pointwise 분석 된다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 2 : SERRS nanoprobes의 물리적 특성. 나노 입자 합성의 각 부분 후 품질 관리를 받게 수 있습니다. 전송 전자 현미경 (TEM) 보여 골드 코어의 형태와 나노 집계; 없이 실리 카 포탄의 성공적인 형성 눈금 막대 = 100 nm. 동적 산란 (DL) 크기와 성공적인 silication 및 기능화 확인 하 나노의 ζ 잠재력을 측정할 수 있습니다. UV/Vis 흡 광도 plasmonic 피크 약 670의 존재를 확인 하는 데 사용할 수 있습니다 nanostars, 710에 이동에 대 한 nm nm silication 후. 라 측정 합성을 통해 각 맛의 독특한 스펙트럼의 존재를 공개 했다. Nanostar 스펙트럼 특성 없는 봉우리의 강도 강조 100 x에 의해 증폭 되었다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 3 : 라만 스펙트럼의 처리. Nanoprobes' SERRS 서명, 넓은 형광 밴드 위에 겹친 원시 스펙트럼에 의하여 이루어져 있다. 기본 빼기와 형광 밴드 제거 되, 고 라만 봉우리 저명한 될. 강도 관계 없이 나노 입자의 스펙트럼 서명을 탐지 하기 위해 각 스펙트럼 (참조 및 샘플 모두) 단위 지역에 정규화 됩니다. 마지막으로, 부드럽게 파생 필터 소음을 줄이면서 라만 봉우리를 향상에 적용 됩니다. 처리 참조 스펙트럼 R. 비율에 따라 가공된 샘플 스펙트럼을 분류 하기 위하여 CLS 모델을 개발 하는 데 사용 됩니다 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 4 : 복 부에 난소 암 micrometastases의 비율 영상. 마우스의 노출 된 복 부의 이미징, 생물 발광 영상 밝혀 광범위 한 난소 전이 갖춘 라이 검사의 각 포인트는 스펙트럼 기능 (단원 6, 그림 3)를 처리 하 고 두 개의 참조에 점수를 얻기 위해 CLS 모델에 따라 득점: αFR NP, 빨간색과 파란색에서 nt NP에 표시 된. 점수는 다음 분할 pointwise, 비율로 두 프로브의 상대적인 풍요를 공개. 필요한 경우, 임계 처리 비율, "긍정적인" 영역 복 부의 광학 이미지에 겹쳐 수, 절제 또는 다른 수 있도록 집중 치료. 그림 4 는 저널에서 허가 기준1에서 적응된 버전입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
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Discussion
라에 대 한 SERRS nanoprobes의 두 가지 "맛"의 합성 및 쥐에 있는 그들의 고용에 대 한 지침을 제공 하는 여기에 설명 된 프로토콜 overexpressing 비율 알고리즘을 사용 하 여 Folate 수용 체 난소 종양의 이미징. 라만 (형광) 같은 다른 광학 이미징 기술을 통해 이미징의 주요 장점은 생물학 근원의 어떤 신호도 혼동 될 수 없는 nanoprobe 신호의 높은 특이성. 라만 이미징의이 화신에는 나노 입자는 하지 관리 정 맥, 하지만, 하나의 세척 단계 뒤 복 주사를 통해. 이 방법론, 임상 경기장으로 번역 한 번 수 있도록 시각화 하 고 따라서 모든 난소 암 임 플 란 트, 너무 작아서 맨 눈으로 감지 하 고 있는 대상이 될 수 없는 그들 조차 resect 외과 우아한 해결책을 나타내는 것 이다 먹이 혈관의 그들의 부족으로 체계적으로 주입 된 이미징 에이전트 조직의 순환에 연결. 같은 시간에 우리의 SERRS 나노 입자는 전신 순환으로 resorbed 하지로 부작용에 대 한 잠재적인 문제 최소화 됩니다. 우리의 연구는 nanoconstructs 설계 성장 증거의 한 예로 기존의 이미징 및 치료 기술22,23,,2425, 독특한 이점을 제공할 수 있습니다. 26,,2728,29,30,31,32,33,34, 35,36,,3738.
여기서 설명 하는 SERRS nanoprobes 생물학적으로 불활성 이며 여러 암 종류의 마우스 모델에서 종양 묘사에 대 한 고용. (동시 기자 염료 캡슐화) 실리 카 포탄의 형성에 대 한 반응이 우리의 이전에 보고 된 합성1,,78의 향상된 된 버전을 덜 하는 경향이 나노 집계 그리고 (골드 코어) 없이 "자유 실리 카" 나노 입자의 형성. 반응이 라 맛의 큰 컬렉션을 항복 여기 제시 하는 사람 뿐만 아니라 상업적으로 사용 가능한 적외선 유기 염료의 다양 한 사용할 수 있습니다. 그러나 결과 신호 강도,, 금,은, 및 기타 요인에 염료의 선호도에 따라 달라 집니다. 또한, 특정 분자와 그들의 counterions 발생할 다른 사람 들 보다 더 많은 금 nanostars의 반응에 추가 하는 염료의 양이 당 염료 기준 결정 되어야 합니다. 심한 나노 집계의 경우 사용 하는 염료의 양이 감소 한다. 골드 코어의 신호 강도 라만에 심각한 변화를 일으킬 수 있습니다 고 인수 데이터를 복잡 하 게, 바람직하지 않다. 라만 신호 제공 무료 실리 카 형성 대부분 무해 하 고, 아니다. 그러나, 기능화 동안 항 체 방법의 전반적인 타겟팅 효과 점감 하는 실리 카 나노 입자를 준수 합니다. 실리 카 포탄의 두께 반응 시간, 온도 및 물 추가 (단계 2.1)의 금액에 따라 달라 집니다. 결과 실리 카 쉘 너무 얇은 (그림 1, 오른쪽 상단)을 간주 하 고, 이러한 매개 변수 중 하나 이상이 증가 수 있습니다 적절 하 게.
데이터 수집에 관하여 그것의 질은 크게는 nanoprobes의 밝기에 따라 다릅니다. 이것은 된다 특히 명백한 급속 한 라만 수집을 수행할 때 섹션 5에에서 설명 된 대로. 데이터는 소음에서 충분히 인지할 수 있는지 확인 하려면, 스펙트럼을 검사 해야 합니다, 그리고 프로브의 대표 라만 봉우리의 존재 확인. 신호가 너무 약한 경우에, 포인트 당 노출 시간을 늘릴 수 있습니다. 그러나,이 방법은 엄청나게 긴 검사 또는 매우 낮은 공간적 해상도 이어질 수 있습니다. 재현성 및 일관성을 보장 하기 위해, 라 스캐너의 제조업체의 권장 사항에 따라 수행 되어야 한다 교정과 일반적으로 수행 되는 공통 표준을 사용 하 여 (예:, , 실리콘 웨이퍼).
이 방법의 주요 장점 중 하나는 다용도입니다. 다른 종양 종류는 다른 분자 마커를 대상으로 하는 특정 항 체를 사용 하 여 몇 군데 있습니다. 또한, 여기에 설명 된 nanoprobes 동물 모델을 관리할 수 있습니다-intraperitoneally 또는 정 맥-하지만 또한, 같은 기술을 사용 하 여, 그들이 사용할 수 있는 조직, 고정 또는 갓 excised 얼룩.
비율 계량 기법을 제공 하지만 미세한 종양의 특이성, 개별 프로브 분포 종양 분야에 특정 하지 않습니다. 이 theranostic와 같은 기술 photothermal/photodynamic 치료 또는 약물 로드 하지 이상적인 것, 치료 뿐만 아니라 건강 한 분야에 전달 될 것으로 의미 합니다. 이 기술을 받으면 한 잠재적인 치료 응용 비율 검색 후 microtumors의 자동된 제거 될 것 이다.
우리는 지역, 희망 라만 이미징의 비율 접근 수 길을 환자에 분자 이미징 요원으로 필요한 임상 실험 후 SERRS nanoprobes를 사용 하 여. 이 메서드는 나노 입자 수를 관리 하 고 이미 HIPEC 임상 사용에서 하는 장치를 사용 하 여 복 부 구멍에서 제거 인간 잠재적인 미래의 응용 프로그램에 호환 되도록 개발 되었다.
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Disclosures
• M.F.K.는이 작품에 관련 된 여러 발급 또는 특허 출원 중인 발명가 나열 됩니다. M.F.K. 리오 이미징, Inc., SERRS 나노 클리닉으로 번역을 목표로는의 공동 설립자 이다.
• 저자 들은 전혀 다른 경쟁 금융 관심사 선언 합니다.
Acknowledgments
(M.F.K.)에 다음과 같은 자금 출처 인정: NIH R01 EB017748, R01 CA222836 및 K08 CA16396; 데이먼 Runyon-Rachleff 혁신 상을 DRR-29-14, 퍼싱 스퀘어 손 수상 퍼싱 스퀘어 손 암 연구 연립, 그리고 MSKCC 센터 분자 이미징 & 나노기술 (CMINT) 및 기술 개발에 대 한 권한을 부여합니다. 승인은 MSKCC NIH 코어 그랜트 (P30-CA008748)에서 제공 하는 교부 금 자금 지원에도 확장 된다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Name of Reagent | |||
| Ascorbic acid | Sigma-Aldrich | A5960 | |
| 3-MPTMS | Sigma-Aldrich | 175617 | |
| Ammonium hydroxide (28%) | Sigma-Aldrich | 338818 | |
| Anti-Folate Receptor antibody [LK26] | AbCam | ab3361 | |
| Dimethyl sulfoxide | Sigma-Aldrich | 276855 | |
| Dimethyl sulfoxide (anhydrous) | Sigma-Aldrich | 276855 | |
| Ethanol | Sigma-Aldrich | 792780 | |
| IR140 | Sigma-Aldrich | 260932 | |
| IR780 perchlorate* | Sigma-Aldrich | 576409 | Discontinued* |
| Isopropanol | Sigma-Aldrich | 650447 | |
| N.N.Dimethylformamide | Sigma-Aldrich | 227056 | |
| PEG crosslinker | Sigma-Aldrich | 757853 | |
| PEG-maleimide | Sigma-Aldrich | 900339 | |
| Tetrachloroauric Acid | Sigma-Aldrich | 244597 | |
| Tetraethyl Orthosilicate | Sigma-Aldrich | 86578 | |
| *IR792 | Sigma-Aldrich | 425982 | *Alternative |
| Name of Equipment | |||
| Dialysis cassette (3,500 MWCO) | ThermoFIsher | 87724 | |
| Centrifugal filters | Millipore | UFC510096 | |
| inVia confocal Raman microscope | Renishaw | ||
| MATLAB (v2014b) | Mathworks | ||
| PLS Toolbox (v8.0) | Eigenvector research |
References
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