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나노 약물 운반체의 생체 분포
 
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나노 약물 운반체의 생체 분포: SEM 응용

Overview

출처: 페이만 샤베이기-루드포스티와 시나 샤바즈모하마디, 생물의학 공학과, 코네티컷 대학교, 스토스, 코네티컷

나노 입자는 점점 표적으로 한 약 납품 및 통제된 약 방출을 향한 연구를 이용하고 있습니다. 이러한 입자의 대부분은 생체 적합성 때문에 중합체 또는 리포소말 입자로 개발되었지만, 금속 및 자기 나노 입자의 사용에 대한 현재 연구에 추세가 있다. 이 금속 나노 입자는 원래 화상 진찰에 있는 조영제로 이용되었습니다, 그러나 최근 어드밴스는 약과 유전자 납품 및 치료에서 얼마나 중요한지 보여주었습니다. 금, 은 및 파라자성 나노 입자는 연구에서 가장 큰 비중을 차지하고 있습니다. 그(것)들은 좋은 생체 적합성및 자기 나노 입자의 특정 품종이 이미 개발되고 치료 표적으로 한 약으로 분포된 것으로 나타났습니다.

이러한 무거운 원소는 전형적으로 형광을 사용하여 전달 및 분포를 평가하기 위한 연구를 위해 이미지되지만, 원자 중량은 스캐닝 전자 현미경(SEM)을 사용하여 백스캐터 전자 분석에서 대비를 높이기 위한 좋은 자격입니다. 화학 조성물을 식별하기 위해 시료와의 전자 빔 상호 작용시 방출되는 특성 X 선 분광법을 사용하는 에너지 분산 X선 분광법은 SEM과 함께 사용될 수 있다. 이러한 방법은 EDS가 이미지의 피사체가 올바른 조성물임을 보장할 수 있기 때문에 검출에 대한 증가된 해상도와 신뢰도의 이점을 가지며, 현재형광 방법은 나노입자에서 분리될 수 있으며 이미징 하는 동안 빠르게 퇴색할 수 있습니다.

이 데모는 시간이 지남에 따라 신체의 장기에 있는 크기에 따라 달라지는 금속 나노 입자 분포를 검사합니다. 절제된 장기는 입자전달 후 다양한 시간 지점에서 다양한 크기의 입자에 대해 SEM으로 검사될 예정이다.

Principles

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의료 용 응용 프로그램에 대한 나노 입자 (NPs)의 중요성을 과대 평가하기는 어렵습니다. 그들은 약물, 마약 운반대, 조영제 등으로 사용됩니다. 그러나, 특정 유형의 나노입자를 사용하려면 적용 후 각 기관에 어떻게 그리고 어디에 분배되는지, 그리고 장기를 떠나기 전에 얼마나 오래 걸리는지, 그 이후에 는 신체에 대해 알아야 한다. 이를 바이오 유통이라고 합니다.

나노 입자 약물 전달의 과정은 조직을 대상으로하지 않고 대신 몸 전체에 방출되는 수동 약물에서 매우 정확한 기관 이나 위치에 약물의 더 적극적으로 조작 된 타겟팅에 이르기까지 복잡성에서 크게 다를 수 있습니다. 대부분의 의약품과 치료법은 많은 양의 혈류량과 많은 양의 혈관 누출을 가진 종양의 향상된 투과성 및 보존 (EPR 효과)으로 인해 여전히 큰 성공을 보여주는 수동 타겟팅을 사용합니다. 수동 타겟팅 외에도, 활성 표적은 종양 부위 특이적 리간드의 부착을 통해 나노입자의 처리에서 수행될 수 있거나, 자기 나노입자에 자기력을 추가하는 방법으로 주입 후 수행될 수 있다. 이 자기장은 혈류에서 고통받는 영역으로 나노 입자를 끌어 내어 혈류에서 보내는 약의 시간을 낮추고 영향을받는 부위로 용량을 증가시킵니다. 이러한 다른 전달 방법은 처리 후에 나노 입자의 분포에 크게 영향을 미달해야 하며, 이 실험은 초기 분포와 시간이 지남에 따라 분포를 조사하는 것을 목표로 합니다.

나노 입자 분포 측정의 현재 방법은 일반적으로 나노 입자에 형광 입자의 부착을 포함한다. 나노입자의 농도, 표적 영역의 크기, 형광의 강도에 따라 반투명 마우스는 광학 이미징을 사용하여 분석할 수 있으며, 여전히 살아 있는 동안 입자가 올바른 영역에 있는지 확인할 수 있다. 사후 형광은 또한 마우스의 다른 기관에서 나노 입자 수준을 결정하기 위하여 이용될 수 있습니다. 그러나, 이러한 방법은 나노 입자의 해상도와 형광이 나노 입자에서 분리되지 않았음을 긍정부족.

현재 의 데모는 백산전자 현미경 검사법(BEM) 및 에너지 분산 분광법(EDS) 기반 분석을 활용하여 자기 전열 나노 입자(MEN)의 생체 분포를 이해하기 위해 몸체에서 소요되는 시간과 시간에 따라 이를 이해합니다. 샘플의 MEN은 바륨 및 티타늄 자기 전성 나노 입자로 주입을 통해 마우스 장기에 도입한 다음 수동적으로 장기를 대상으로 합니다. 마우스는 의식을 잃고 그들의 장기를 제거하고 1 주에 보존, 4 주, 그리고 8 주 주입 후 주. 장기: 간, 비장, 폐, 신장 및 뇌는 마이크로토메 기계를 사용하여 단면화하고 교육 비디오 "생물학적 샘플의 SEM 이미징"에 설명된 샘플 준비 방법을 사용하여 준비했습니다.  전자 현미경 검사(SEM)를 스캔하는 모드로서, BEM은 EDS 분석과 함께 직경 이 10nm의 작은 개별 나노 입자를 검출할 수 있는 고해상도 조성 분석을 제공한다. 한편, 이 데모는 연구 환경에서 다양한 검출기를 사용하여 다양한 요소와 입자를 감지, 확인 및 매핑하는 방법과 다른 매개 변수가 결과 이미지에 미치는 영향을 설명할 수 있습니다.

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Procedure

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1. 나노 입자 주입 및 장기 수확

  1. 나노 입자를 정맥 내 마취 마우스에 주입하여 수동 타겟팅을 허용합니다.
  2. 원하는 시점에서, 즉, 1, 4 및 8주, 후 주사, 미국 수의학 협회(AVMA) 지침에 따라 마우스를 인도적으로 안락사시킵니다.
  3. 신체 구멍을 열고 외과적으로 관심있는 장기를 제거하십시오. 시료 준비 전까지 10% 인산염 완충 포르말린을 폴리프로필렌 용기에 넣었다.

2. 조직 샘플 준비

  1. 포셉을 사용하여 마우스 조직을 고정된 식염수(PBS)로 이송합니다. 샘플을 30분 간 흔들어 10분마다 PBS를 교체합니다.
  2. 조직을 제거하고 김스 와이프로 건조. 그런 다음 최적의 절삭 온도 화합물 (OCT)을 포함하는 플라스틱 금형에 놓습니다. 하룻밤 -80 °C에 보관하십시오.
  3. 다음 날, 샘플을 극저온으로 옮기고 온도를 -23°C로 설정합니다.
  4. 오르간 유형과 나노 입자 크기의 슬라이드를 라벨로 표시하고 냉동고의 선반에 놓습니다.
  5. 10월로 저온척을 덮고 샘플을 위에 놓습니다. 추출기 플런저를 샘플 위로 낮추고 3-5분 동안 평형화할 수 있도록 합니다.
  6. 척을 시편 홀더에 장착하고 블레이드가 얼어 붙은 시료를 직선으로 절단할 수 있도록 방향을 지정합니다. 샘플을 블레이드 가까이에 가져와 거친 향을 합니다. 두께를 30 μm로 설정하고 균등하게 절단 된 슬라이스가 생성 될 때까지 여러 섹션을 슬라이스합니다.
  7. 단면 두께를 7-8 μm로 줄임으로써 미세한 면으로 전환합니다. 슬라이스에 레이블이 붙은 유리 슬라이드를 눌러 슬라이스 섹션을 수집합니다. 슬라이드 2개를 각 슬라이드에 놓고 슬라이드 랙에 보관합니다. 실온에서 건조시키십시오.
  8. 일단 건조되면 10월을 제거하기 위해 슬라이드 랙을 50% 에탄올에 담그어 샘플을 탈수합니다. 그런 다음 랙을 80% 에탄올로 전송한 후 -20°C에서 10분 동안 10분 동안 차가운 메탄올의 1:1 비율로 아세톤으로 랙을 배치한다.
  9. 슬라이드 랙을 제거하고 종이 타월에 과도한 용매를 배출합니다. 20-30분 후 슬라이드를 슬라이드 상자에 놓고 이미징이 될 때까지 -20°C의 냉동실에 보관하십시오.

3. SEM 및 EDS를 이용한 고해상도 이미징

  1. "생물학적 샘플의 SEM 이미징"에 설명된 바와 같이 샘플을 준비합니다. 그런 다음 샘플을 SEM에 로드합니다.
  2. SEM을 켜고 작동 거리를 약 5mm로 조정하고 가속 전압 및 빔 전류를 25 keV로 조정하여 일반적으로 생물학적 시료에 대해 너무 높습니다. 그러나 샘플은 전도도 및 보호를 위해 코팅됩니다.
  3. 이미징을 시작하고 약 1,000-2,000X 배율로 확대하여 나노 입자를 포함하는 구조를 확인하십시오. BSD(백 스캐스트 감지)가 없으면 특정 깊이 이하로 구분할 수 없습니다.
  4. 동일한 매개 변수 아래에 BSD를 삽입하고 z 방향으로 스테이지를 이전과 동일한 작업 거리로 이동합니다.
  5. 동일한 배율 의 주위에 화상 진찰을 시작하고 나노 입자의 존재에 있는 높은 대비를 볼 수 있는지 확인하십시오. 이미지를 저장합니다.
  6. 다른 BSD 구성(검출기의 전하가 정렬되는 경우)을 사용하여 나노 입자에 대해 가장 높은 대비를 보이는 구성을 선택합니다.
  7. 나노 입자 또는 나노 입자의 덩어리를 보여주는 높은 조영 영역에 확대.
  8. 챔버의2ND 카메라를 열고 SEM 부착물의 다운 버튼을 눌러 시스템에 EDS를 삽입하는 것을 지켜보십시오. EDS가 가깝지만 BSD 또는 총을 건드리지 않는 경우 버튼을 놓습니다.
  9. EDS 컴퓨터에서 Aztec 프로그램을 열고(여전히 워크스테이션상태)에서 이미지를 획득합니다.
  10. EDS는 그 시점부터 특징적인 엑스레이의 스펙트럼을 보여줍니다. 그래프에서 식별할 바륨과 티타늄 피크를 모두 찾습니다. 이것은 당신이보고있는 것은 실제로 나노 입자이며 오염의 어떤 종류가 아니라는 것을 확인합니다.
  11. 샘플로 돌아가 아틀라스 소프트웨어를 사용하여 슬라이드에 있는 기관의 테두리를 매핑합니다. 영역의 모자이크 이미지를 만들기 위한 "Organ" 프로토콜을 선택하고 실행하도록 합니다(대부분의 시간이 몇 시간 걸릴 수 있음).
  12. 합성 이미지가 소프트웨어에 의해 생성되고 스티치되면 Tif 파일로 내보냅니다.
  13. 오픈 소스 소프트웨어인 ImageJ에서 Tif 파일을 열고 대비 임계값 값을 조정하여 매우 높은 콘트라스트 영역(예: 나노입자)을 강조표시합니다. 내장 함수를 사용하여 Organ 프로토콜에 정의된 픽셀 크기를 사용하여 나노 입자의 부피를 정량화합니다(약 100nm여야 함).
  14. 이 절차는 마우스 폐의 1 주 샘플을 참조하는 동안,이 절차는 분포를 보여주는 그래프를 컴파일하기 위해 다른 주 및 기타 장기의 샘플과 함께 반복된다.
  15. 매주 각 기관에 대한 바이오 분포를 계산한 후, 바이오 유통 그래프는 8주 동안 나노입자의 생체 분포 및 농도의 변화를 보여줄 것이다. 이들은 피크 농도를 보여주고 또한 나노 입자가 기관에서 지우는 데 걸리는 거리에 대한 정보를 제공합니다.

금속 및 자기 나노 입자널리 약물 전달을위한 나노 캐리어로 사용되고있다. 그리고 조직에 있는 그들의 biodistribution는 그들의 치료 효험 및 안전을 평가하기 위하여 필수적입니다. 나노 캐리어는 일반적으로 200 나노미터 미만으로 제한되는 서브 미칸 입자이며, 이는 치료제로 로드될 수 있습니다. 그들의 크기 때문에 그들은 본문에 많은 사이트와 장기에 액세스할 수 있습니다. 입자가 생체 분포라고 불리는 신체에서 끝나는 경우 안전을 평가하고, 주입을 최적화하고, 약물 타겟팅을 개선하는 데 사용되는 중요한 매개 변수입니다.

본 영상에서표적약물전달의 기본 원리가 설명되고 고해상도 이미징 기술을 이용한 생체분포를 평가하는 방법이 시연될 것이다. 나노입자 기반 운반선의 다른 응용 분야도 논의될 것이다.

나노 입자의 기초를 논의하는 것으로 시작하고 왜 그들이 약물 운반대로 개발되고 있는지 이해합시다.

첫째, 중합체, 리포소말 또는 금속이 될 수 있는 나노 스케일 입자는 일반적으로 생체 적합성을 가지며, 이는 살아있는 조직에 유해하거나 반응성이 없으며 면역 반응을 유도하지 않는다는 것을 의미합니다. 그러나 나노 독성학 연구는 물질과 입자 크기가 신체의 생체 분포에 미치는 영향을 이해하기 위해 수행되어야합니다.

둘째, 그들의 작은 크기는 종양과 같은 염증성 부위의 내피를 통해 사치를 허용하고 효율적인 세포 섭취를 초래합니다. 암세포가 분열됨에 따라 영양소와 산소를 공급하고 종양 성장을 지원하기 위해 혈관 공급이 필요합니다. 이 혈관은 급속하게 형성되고 그러므로 일반적으로 비정상적이고 효과적이며, 내피 안대기에 큰 간격을 포함하여 새는 혈관과 투과성의 증가를 초래합니다. 나노 입자는 혈류에서 탈출하고 종양 미세 환경 내에서 축적 할 수 있습니다. 이것은 나노 캐리어가 EPR 효과 또는 향상된 투과성 및 보존 영향으로 알려진 현상을 통해 표적 기관에 도달하는 수동 타겟팅이라고합니다.

마지막으로, 이러한 나노입자는 항체 또는 단백질과 같은 특정 리간드로 기능화될 수 있는 넓은 표면적을 갖는다. 활성 표적화에서, 이 리간드는 종양 사이트에 있는 세포에 의해 과발현되는 수용체에 그 때 인식하고 결합할 수 있습니다. 나노 캐리어 표면에 리간드와 세포 수용체 사이의 특정 상호 작용은 수용체 매개 내분비증을 유발하고 세포 섭취를 용이하게합니다.

이제 나노 입자 약물 전달의 기초를 이해되었으므로 고해상도 이미징을 사용하여 마우스 모델에서 금속 나노 입자의 생체 분포를 결정하는 데모를 살펴보겠습니다.

먼저 마우스에 주입될 나노입자를 준비한다. 여기서 30나노미터 바륨 및 티타늄 입자가 사용되었다. 마우스가 마취된 후 꼬리 정맥을 통해 정맥내나노입자를 주입한다. 마우스가 1, 4, 8주 동안 장기를 수동적으로 대상으로 하는 동안 마우스를 복구하도록 허용합니다.

적절한 사후 주입 시점에서 AVMA 지침에 따라 마우스를 인도적으로 안락사시킵니다. 그런 다음 체공을 열고 비장, 신장, 간 및 폐와 같은 관심있는 장기를 외과적으로 제거합니다. 그리고 분석 될 때까지 10 % 인산염 완충 포르말린에 장기를 저장합니다.

이제 포셉을 사용하여 고정된 마우스 조직을 인산염 완충식식염으로 옮기게 합니다. 샘플을 10분마다 PBS를 교체하여 30분간 흔들어 과도한 고정을 제거합니다. 그런 다음 셰이커에서 티슈를 제거합니다. 라벨이 부착된 플라스틱 금형에 수용성 글리콜과 수지가 포함된 최적의 절삭 온도 화합물을 추가합니다.

김와이프로 조직을 건조한 다음 플라스틱 금형에 놓습니다. 조직을 덮고 있는 OCT 화합물로 금형을 채우고 비닐 봉지에 넣습니다. 마른 얼음이 들어 있는 양동이에 가방을 넣고 하룻밤 사이에 영하 80도 냉동고로 이동합니다.

다음 날 냉동고에서 샘플을 제거하고 냉동고로 운반하는 동안 드라이 아이스에 배치합니다. 챔버 온도를 영하 23도로 설정한 다음 샘플을 저온으로 옮기습니다. 시료의 오르간 유형 및 나노입자 크기로 라벨 슬라이드가 단면화됩니다. 그런 다음 저온을 활성화합니다. 다음은 10월로 저온척을 덮습니다. 그런 다음 금형에서 샘플을 제거하고 척 위에 놓습니다. 척을 시편 홀더에 장착하고 방향을 조정하여 블레이드가 얼어 붙은 시료를 직선으로 절단합니다. 이제 샘플을 블레이드에 더 가깝게 가져와 서 두께를 30 마이크로미터로 설정하여 거친 향을 합니다. 손 바퀴를 회전하여 30마이크로미터 두께의 단면을 슬라이스하고 짝수 조직 슬라이스가 잘릴 때까지 단면을 계속합니다. 미세 한 향을 위해 단면 두께를 7 ~ 8 마이크로 미터로 설정하고 샘플을 슬라이스합니다.

슬라이스에 레이블이 붙은 유리 슬라이드를 눌러 섹션을 수집합니다. 그런 다음 선반에 슬라이드를 추가하고 실온에서 공기 건조를 합니다. 일단 건조되면, 반복적으로 10 월을 제거하기 위해 3 분 동안 50 % 에탄올에 슬라이드 랙을 찍어. 랙을 80 %에탄올로 옮기고 3 분 동안 찍어. 그런 다음 랙을 차가운 메탄올의 일대일 비율로 아세톤으로 이동하고 영하 20도의 냉동고에 놓습니다. 10분 후, 냉동고에서 슬라이드 랙을 꺼내 종이 타월에 담그십시오. 건조하면 슬라이드를 슬라이드 상자에 놓고 사용할 때까지 섭씨 영하 20도에 보관하십시오.

이제 30 나노미터 바륨 및 티타늄 입자로 1 주일 후 주입을 수집 한 마우스 폐 조직을 이미지하여 생체 분포를 결정합시다. 먼저 준비된 슬라이드를 SEM 스테이지에 장착합니다. 스퍼터 코트와 샘플을 준비하는 방법을 알아보려면 이 컬렉션의 이전 비디오를 시청하십시오. 그런 다음 스테이지를 SEM 챔버에 로드합니다. 샘플이 시야에 있으면 샘플을 약 5밀리미터의 작업 거리로 수직으로 이동합니다. 전자 빔을 켜고 이차 전자의 검출기를 선택합니다. 그런 다음 빔 가속 전압을 25킬로전자 볼트로 설정합니다. 이미징을 시작하려면 샘플을 약 1,000~2,000X배율로 확대합니다. 이 배율에서 나노 입자를 포함하는 구조는 나노 입자가 아닌 경우에도 표시되어야한다. 이를 보조 이미지라고 합니다.

이제 SEM 모듈에서 백스캐터 전자 검출 모드를 참여시켜 나노입자를 시각화합니다. Z 방향으로 스테이지를 이동하여 위에서 사용하는 것과 동일한 5mm 작업 거리를 달성합니다. 백스캐터 검출기의 구성을 조정하고 이미지가 선명할 때까지 감지 패널에 다양한 전압 바이어스를 사용합니다. 높은 대비의 영역, 나노 입자, 지금 볼 수 있어야합니다. 이것은 백 흩어진 이미지입니다. 이미지를 캡처하고 저장합니다.

다음으로, 샘플의 에너지 분산 X선 분광법 또는 EDS 데이터를 달성한다. 나노 입자의 덩어리의 높은 대비 영역을 확대합니다. 그런 다음 챔버에서 두 번째 카메라를 열고 EDS를 시스템으로 낮춥춥습니다. 카메라 화면을 시청하여 EDS가 접근하지만 BSD 또는 전자 총을 만지지 않도록 합니다. 그런 다음 마이크로 분석 소프트웨어를 열고 이미지를 얻습니다. 마우스를 사용하여 추가 분석을 위해 관심 영역을 선택합니다. 그런 다음 해당 영역에 대한 X 선 스펙트럼이 표시됩니다. 여기서 피크는 시료에 금속 나노 입자의 존재를 확인하는 바륨과 티타늄을 나타냅니다. 이제 질적 데이터 분석 소프트웨어를 열고 슬라이드에 기관의 테두리를 매핑합니다. 그런 다음 메뉴에서 적절한 프로토콜을 선택하고 실행하여 기관의 모자이크 이미지를 만듭니다. 이 데 몇 시간이 걸릴 수 있습니다.

완료되면 TIF 파일로 내보내고 ImageJ에서 파일을 엽니다. 대비 임계값값을 조정하여 매우 높은 콘트라스트 영역인 나노입자영역을 강조표시합니다. 그런 다음 입자 분석을 선택하여 장기내나노입자의 평균 수와 나노입자를 포함하는 기관의 면적 백분율을 얻습니다.

다른 시간 점 과 기관에서 나머지 조직 샘플에 대한이 절차의 모든 단계를 반복합니다. 모든 데이터가 수집되면 이를 생체 분포 그래프로 컴파일합니다.

이제 이미지를 분석하여 생체 분포를 결정하고 신체가 나노 입자를 어떻게 처리했는지 알아보겠습니다. 먼저 분석된 모든 샘플에 대한 시간 함수로 측정된 입자 분포를 플롯합니다. 이는 시간이 지남에 따라 다양한 마우스 장기에 30 나노미터 크기의 나노 입자를 분배하는 것이다. 8 주 후에 나노 입자의 전반적인 감소가 있어 신체에서 나노 입자의 간격을 나타냅니다.

그러나, 4 주 후에 간에서 증가 나노 입자 농도가 있다. 이것은 바디가 독소로 이 연구 결과에서 이용된 30 나노미터 바륨 및 티타늄 나노 입자를 가공할 수 있다는 것을 건의합니다. 이 분석은 또한 나노 입자의 크기가 바디에 있는 그것의 생체 분포에 어떻게 영향을 미치는지 평가하기 위하여 수행될 수 있습니다. 나노 입자의 크기를 변경하면 전반적인 세포 섭취량속도와 클리어런스 속도에 영향을 미쳤습니다.

나노 입자와 나노 캐리어는 생체 의학 연구에 널리 사용되며 이미징, 진단 및 치료 약제로 응용 프로그램이 있습니다. 나노 입자는 열화로부터 백신 성분을 보호하고 면역 자극을 극대화하기 때문에 다양한 전염병에 대한 백신 전달에 사용하기 위해 개발되고 있습니다. 이중층 간 교차 연결된 다중 라멜라 소포 또는 ICMV는 항원 특이적 CD8 양성 T 세포 반응의 유도를 위해 개발되고 있다.

이 ICMV는 특히 효율적인 백신 전달을 위해 마우스의 림프절에서 국유화하고 말라리아 항원 및 종양 세포에 대한 강력한 면역 반응을 유도했습니다. 금속 나노 입자는 종종 초기 질병 검출을위한 조직 구조와 기능을 시각화하기 위해 자기 공명 이미징의 조영제로 사용됩니다. 산화철 나노입자는 유용한 진단 프로브입니다. 비스포스포네이트 모이티로 합성되면, 이러한 나노 입자는 죽상 경화성 플라크에 빠르고 선택적으로 축적되어 신속한 진단을 위해 1 시간 이내에 시각화를 허용합니다.

최근에는 장전된 나노캐리어가 조기암을 동시에 검출하고 화학요법제를 전달하는 전략으로 개발되고 있다. 이러한 나노 캐리어는 진단 및 치료 능력을 통합하기 때문에 테라노스틱이라고합니다.

당신은 나노 약물 운반제품의 생체 분포를 결정하는 JoVE의 비디오를 방금 보았습니다. 이제 나노 약물 운반대의 기본 원리, 고해상도 SEM을 사용하여 조직 샘플에서 나노 캐리어를 감지하는 방법, 생체 분포, 생물 의학 공학에서 나노 입자의 일부 응용 프로그램을 파악해야합니다.

시청해 주셔서 감사합니다.

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Results

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다음 이미지는 이미지에서 생체 분포 데이터를 추출하는 방법을 보여 줍니다. 도 1에 도시된 바와 같이, 나노입자의 대비는 BSE 검출기를 사용하여 검출된다. 도 2에 제시되는 EDS 데이터는 티타늄과 바륨 클러스터가 BSE 검출기를 사용하여 수집된 이미지에서 고대비 영역에 해당하는 위치를 보여줍니다.

Figure 1
그림 1: 폐의 이차 전자 이미지(왼쪽)와 백스캐터 전자 이미지(오른쪽).

Figure 2
그림 2: EDS 데이터는 BSE 검출기를 사용하여 본 고대비 영역에 대응하는 이미지의 하단 중간 및 상단에 티타늄및 바륨 클러스터를 표시합니다.

도 3에 도시된 복합 이미지에서 적색 원은 고대비 영역을 나타내고 나노입자를 포함하는 위치를 제안합니다. 백색 나노 입자 영역의 부피는 기관 자체의 크기에 따라 계산되고 평균될 수 있습니다. 이것은 나노 입자에 의해 점유된 면적의 계산을 제공합니다. 그런 다음, 몇 주 동안 여러 기관의 데이터를 집계하여 이미지의 제곱 미크로평균 입자 분포를 표시할 수 있다. 이러한 데이터는 도 4에 제시되며, 이는 8주 동안 30nm 크기의 나노입자의 전반적인 감소를 보여 주며, 이는 클리어런스의 표시이다. 주의해야 할 또 다른 점은 4주 후에 간에서 나노입자 농도가 증가한다는 것입니다. 이것은 바디가 나노 입자를 처리하는 방법에 대한 정보를 제공하고, 간으로 입자의 큰 이동은 바디가 독소로 나노 입자를 처리 할 수 있음을 보여줍니다. 이것은 생체 내에서 나노 입자를 개발하고 테스트 할 때 알아야 할 중요한 정보입니다.

마찬가지로, 다양한 크기의 입자의 장기 분포에 대한 데이터는 도 5에 제시된다. 이 그래프는 나노 입자의 변화하는 크기가 나노 입자의 세포로 전체 적인 섭취량을 증가하거나 클리어런스 속도를 증가시킬 수있는 방법을 보여줍니다.

Figure 3
그림 3: 아틀라스 소프트웨어를 사용하여 만든 합성 이미지의 섹션입니다.

Figure 4
그림 4: 마우스에 주입 후 폐, 간, 비장 및 신장에 30 nm 나노 입자의 생체 분포.

Figure 5
그림 5: 시간이 지남에 따라 다양한 크기의 나노 입자의 생체 분포.

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Applications and Summary

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나노 입자는 생물 의학 공학 연구에 널리 사용되며 이미징, 진단 및 치료 약제로 응용 프로그램이 있습니다. 예를 들어, 나노 입자는 백신 전달에 사용하기 위해 개발되고 있다. 나노 입자에 있는 백신을 캡슐화함으로써, 백신 성분은 분해로부터 보호되고 최대 면역 반응을 자극합니다.

자기 공명 화상 진찰 응용 프로그램에서, 금속 나노 입자는 조직 구조 및 기능을 시각화하기 위하여 조영제로 수시로 이용됩니다. 그들은 귀족 경화성 플라크의 검출에 유용한 진단 프로브입니다.

진단 및 치료 능력을 통합하는 나노 입자는 테라노스틱이라고합니다. 나노 입자는 동시에 초기 단계 종양을 검출하고 화학 요법 에이전트를 전달합니다.

이 실험은 시간이 지남에 따라 체내에 주입된 나노 입자의 생체 분포를 계산하기 위해 SEM을 어떻게 사용할 수 있는지 를 입증하였다. 이 실험은 나노입자의 농도, 세포 침투 또는 클리어런스를 분석하는 방법으로 나노입자가 있는 다른 나노입자 샘플 또는 세포 배양에서 복제될 수 있다.

이 데모는 SEM을 사용하여 나노 입자의 생체 분포를 연구하고 측정하는 데 중점을 두습니다. 이러한 측정의 결과는 많은 분야에서 중요할 수 있습니다. 제약 회사 및 연구 시설은 약물 개발 및 조영제 연구에 이러한 연구를 사용할 수 있습니다.

재료 목록

이름 회사 카탈로그 번호 코멘트
설비
단면 슬라이스(전에 준비)
ImageJ 오픈 소스 소프트웨어
크로스 빔 SEM 자이스
아틀라스 3-D SEM 소프트웨어 자이스

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References

  1. Hadjikhani, Ali. "Nanofabrication and Spectroscopy of Magnetic Nanostructures Using a Focused Ion Beam." (2016).

Transcript

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