Synthese von Immunotargeted Magneto-Plasmonen Nanocluster
Summary
Hier beschreiben wir ein Protokoll für die Synthese von magneto-Plasmonen-Nanopartikel mit einem starken magnetischen Moments und einer starken Nah-Infrarot (NIR)-Absorption. Das Protokoll schließt auch Antikörper-Konjugation in den Nanopartikeln durch die Fc-Teil für verschiedene biomedizinische Anwendungen, die Molekular spezifisches Targeting erforderlich.
Abstract
Magnetische und plasmonischer Eigenschaften in einem einzigen Nanopartikel kombiniert eine Synergie, die vorteilhaft in einer Reihe von biomedizinischen Anwendungen, einschließlich Kontrastverstärkung in neuartigen magnetoBildgebungsModalitäten, gleichzeitige Erfassung und Detektion von zirkulierenden Tumorzellen (CTC) und multimodaler Molekularabbildungs Kombination mit photothermische Therapie von Krebszellen. Diese Anwendungen haben großes Interesse an der Entwicklung von Protokollen für die Synthese von magneto-Plasmonen-Nanopartikel mit einer optischen Absorption im nahen Infrarotbereich (NIR) und ein starkes magnetisches Moment stimuliert. Hier stellen wir ein neues Protokoll für die Herstellung dieser Hybrid Nanopartikel, die auf einer Öl-in-Wasser-Mikroemulsionsverfahren basiert. Die Besonderheit des hier beschriebenen Protokoll ist die Synthese von magneto-Plasmonen-Nanopartikel in verschiedenen Größen von der Grundbausteine, die auch magneto-plasmonischen Eigenschaften. Dieser Ansatz führt zu Nanopartikeln mit einem hohen Höhlesität von magnetischen und plasmonischen Funktionalitäten, die gleichmäßig in der Nanopartikel-Volumen verteilt sind. Die Hybrid-Nanopartikel können durch Anbringen Antikörper durch den Fc-Teil Verlassen der Fab-Teil, der für die Antigenbindung für die Ausrichtung verantwortlich ist verfügbar funktionalisiert werden.
Introduction
Hybrid-Nanopartikeln, die aus unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen physikalisch-chemischen Eigenschaften können neue Möglichkeiten in der biomedizinischen Anwendungen, einschließlich des multimodalen molekularen Bildgebung, Therapieabgabe und Überwachung, neue Früherkennungstest 1-3 öffnen. Die Kombination von Plasmonen und magnetischen Eigenschaften in einem einzigen Nanopartikel ist von besonderem Interesse, da sie eine sehr starke Lichtstreuung und Absorptionsquerschnitte mit Plasmonenresonanzen und Reaktionsfähigkeit auf ein Magnetfeld verbunden. So wurden beispielsweise magneto-Plasmonen-Nanopartikeln verwendet werden, um den Kontrast in Dunkelfeldabbildung der markierten Zellen durch Anwenden eines zeitlichen Signalmodulation durch einen externen Elektromagneten 3-5 zu erhöhen. Magneto-photoakustische Bildgebung, wo magneto-Plasmonen-Nanopartikel ermöglichen große Verbesserungen in Kontrast und Signal-zu-Hintergrund Ratte – Vor kurzem wurde ein ähnliches Prinzip in der Entwicklung eines neuen bildgebenden Verfahren angewendetio 6,7. Es wurde auch gezeigt, dass die Hybrid-Nanopartikel können zur gleichzeitigen Aufnahme und Detektion von zirkulierenden Tumorzellen im Vollblut und in vivo 8,9 verwendet werden. Weiterhin sind magneto-Plasmonen-Nanopartikel verspricht theranostic Mittel, die für die molekulare spezifischen optischen und MR-Bildgebung in Verbindung mit photothermische Therapie von Krebszellen 10 verwendet werden kann.
Verschiedene Ansätze wurden für die Synthese von magneto-Plasmonen-Nanopartikel untersucht. B. Yu et al. Verwendet Zersetzung und Oxidation von Fe (CO) 5 auf Gold-Nanopartikel zu hantelartigen bifunktionellen Au-Fe 3 O 4-Nanopartikel 11 bilden. Wang et al., Gold beschichteten Eisenoxid-Nanopartikel unter Verwendung von thermischen Zersetzungsverfahren 12 synthetisiert. Einige andere Ansätze beruhen auf Beschichtungspolymer oder Amin-funktionellen Moleküle auf Magnetkern-Nanopartikel, gefolgt von Abscheiden von Agalte Schale auf die Polymeroberfläche zu erstellen, um das Hybridpartikel 7,13. Ferner wurden Eisen-Nanopartikeln, Gold-Nanostäbchen über elektrostatische Wechselwirkung oder eine chemische Reaktion 14,15 befestigt. Obwohl diese Ansätze ergeben magneto-Plasmonen-Nanostrukturen, in gewissem Umfang Eigenschaften des magneto-Plasmonen Kombination beeinträchtigen, wie optische Absorption im nahen Infrarot (NIR)-Fenster oder ein starkes magnetisches Moment von denen beide in biomedizinischen Anwendungen höchst wünschenswert sind. Beispielsweise hantel Au-Fe 3 O 4-Nanopartikel eine Plasmonresonanz-Peak bei 520 nm, die ihre Nützlichkeit in vivo durch eine hohe Gewebe Trübung in diesem Spektralbereich begrenzt. Weiterhin werden die von Current Protocols magneto-Plasmonen-Nanopartikel nur eine 11 oder weniger (weniger als 10) 14,15 superparamagnetischen Anteile (beispielsweise Eisenoxid-Nanoteilchen) begrenzt, der deutlich kleiner als sein könnte ACH istin einer dicht gepackten Nanostruktur ieved. Zum Beispiel kann ein dicht gepacktes 60 nm Durchmesser sphärische Nanopartikel in der Größenordnung von eintausend 6 nm superparamagnetische Nanopartikel enthalten. Daher besteht ein großer Raum für Verbesserung der magnetischen Eigenschaften der Hybrid-Nanopartikel. Darüber hinaus sind einige der zuvor beschriebenen Protokolle relativ komplex und erfordern eine sorgfältige Optimierung, um Partikelaggregation während der Synthese 14,15 vermeiden.
Hier beschreiben wir ein Protokoll für die Synthese von magneto-Plasmonen-Nanopartikel mit einem starken magnetischen Moment und eine starke NIR-Absorption, die wesentliche Einschränkungen der aktuellen Kunst befasst. Die Synthese hat ihren Ursprung in Öl-in-Wasser-Mikroemulsion Verfahren 16. Es wird bei der Montage von Nanopartikeln mit einer gewünschten Größe aus einem viel kleineren Primärpartikel. Dieser Ansatz wurde erfolgreich auf Nanostrukturen aus einem einzigen Material wie Gold, Eisenoxid und Halbleiter pri produzierenmary Partikel 16. Wir erweitern es zur Synthese von magneto-Plasmonen-Nanopartikeln durch, erstens, dass 6 nm Durchmesser Goldhülle / Eisenoxid-Kernteilchen, und dann wird die Montage der primären Hybrid-Partikel in der endgültigen kugelförmigen Nanostruktur. Zusammenbau Primärpartikel in Nanoclustern ermöglicht nicht nur die Verbesserung der Eigenschaften der Nanopartikel Bestandteil, wie die stärkere magnetische Moment Beibehaltung superparamagnetischen Eigenschaften, sondern nutzt auch die Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Nanopartikeln somit neue Merkmale fehlen Bestand Nanopartikel wie stark optische Absorption im NIR-Fenster. Dieses Protokoll liefert Hybrid-Nanopartikel mit einer hohen Dichte von magnetischen und plasmonischer Funktionalitäten. Nach Primärpartikel synthetisiert werden, ist unser Verfahren im wesentlichen eine einfache Ein-Topf-Reaktion. Die Gesamtplasmonresonanz Festigkeit und magnetische Moment durch eine Anzahl von Primärpartikeln und ther bestimmtevor, kann leicht optimiert werden, je nach Anwendung. Darüber hinaus haben wir auch ein Verfahren zur Antikörper-Konjugation entwickelt, um die Hybrid-Nanopartikeln für verschiedene biomedizinische Anwendungen, die molekularen spezifisches Targeting erfordern. Antikörper werden durch den Fc-Teil Verlassen der Fab-Teil, der für die Antigenbindung für die Ausrichtung verantwortlich ist verfügbar angebracht.
Protocol
Representative Results
Discussion
Kritische Schritte in der erfolgreichen Synthese von magneto-plasmonischen Nanocluster gehört es, hoch monodispersen primären Gold-Schale / Eisenoxid-Kern-Nanopartikel und Leitung der Selbstorganisation der Primärpartikel in Nanocluster. Das Molverhältnis zwischen den Primärteilchen und Tenside spielen eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Größenverteilung der Nanocluster. Ungleichmäßige Größenverteilung der primären Nanopartikel können die Bildung von großen Aggregaten während der Montage der magnet…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde zum Teil durch die NIH Zuschüsse R01 R01 CA103830 EB008101 und unterstützt.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| PYREX 50mL Round Bottom Boiling Flask with Short Neck & 24/40 [ST] Joint | Corning | 4320A-50 | Thermal decomposition reaction |
| PYREX 41 x 300mm 5-Bulb Allihn Condenser with 24/40 [ST] Outer/Inner Joints | Corning | 2480-300 | Thermal decomposition reaction |
| Silicone Oil | Fisher | S159-500 | Oil bath |
| Hot Plate Stirrer | Corning | PC-351 | Heat the reacton with stirring function |
| Thermometer | ThermoWorks | 221-092 | Measure temperature |
| Iron (III) Acetylacetonate | Fisher | AC11913-0250 | Materials for primary hybrid nanoparticles synthesis |
| Oleic Acid 99% | Fisher | A195-500 | |
| Gold (III) Acetate | Fisher | AA3974206 | |
| Hexane | Fisher | H292-1 | |
| Phenyl Ether 99% | Fisher | AC13060-0025 | |
| 1,2-Hexadecanediol 90% | Sigma | 213748-50G | |
| Oleylamine 70% | Sigma | O7805-100G | |
| Sodium Dodecyl Sulfate | Fisher | BP166-100 | Cluster synthesis |
| Sodium Citrate Dihydrate | Sigma | W302600 | |
| Monoclonal Anti-EGF Receptor Antibody | Sigma | E2156 | Cell labeling specificity test |
| Monoclonal Anti-HER2 Antibody | Sigma | AMAB90627 | Cell labeling specificity test |
| Sodium Periodate | Sigma | 311448 | Oxidate Fc region of antibodies |
| Dithiolaromatic PEG6-CONHNH2 | SensoPath Technologies | SPT-0014B | Heterofunctional linker for antibody conjugation to nanoclusters |
| Methoxy-PEG-thiol, 5k | Creative PEGworks | PLS-604 | Passivate the remaining gold surface after antibody conjugation |
| Amicon Ultra-4 Centrifugal Filter Unit with Ultracel-10 membrane | Millipore | UFC801008 | Protien purification |
| HEPES | Sigma | H3375 | Buffer |
| PBS, 1X Solution | Fisher | BP2438-20 | Buffer |
| UV−vis Spectroscopy | BioTek | Synergy HT | Obtain spectrum |
| Centrifuge | Eppendorf | 5810R | Separation |
| Transmission Electron Microscope | FEI | TECNAI G2 F20 X-TWIN | Obtain morphology of nanostructures |
| Upright microscope | Leica | DM6000 | Obtain dark-field images |
| Sonicator | Branson | 1510 | Sonication |
| Carbon Film 300 Mesh Grid | EMS | CF300-Cu | TEM imaging |
| 96-well Plate | Corning | 09-761-145 | UV-vis reading plate |
References
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