Preparazione e fotoacustico Analisi dei veicoli cellulari contenenti oro Nanorods

Summary

We show the preparation and address the feasibility of cellular vehicles containing gold nanorods for the photoacoustic imaging of cancer.

Abstract

nanorods oro sono attraenti per una gamma di applicazioni biomediche, quali l'ablazione fototermica e di imaging fotoacustico di cancro, grazie alla loro assorbanza ottica intensa nella finestra vicino infrarosso, bassa citotossicità e potenziale per casa in tumori. Tuttavia, la loro consegna ai tumori rimane ancora un problema. Un approccio innovativo consiste dello sfruttamento del tropismo di macrofagi associati al tumore che può essere caricato con nanotubi oro in vitro. Qui, descriviamo la preparazione e l'ispezione dei veicoli fotoacustica cellulari contenenti nanotubi d'oro. nanorods oro PEG sono modificati con composti di ammonio quaternario, per ottenere un profilo cationico. A contatto con macrofagi murini in piatti ordinari Petri, queste particelle si trovano a subire massiccia diffusione in vescicole endocytic. Poi queste cellule sono incorporati in idrogel biopolimerico, che vengono utilizzati per verificare che la stabilità della conversione fotoacusticadelle particelle viene mantenuto il loro inserimento in veicoli cellulari. Siamo certi che questi risultati possono fornire nuovi spunti per lo sviluppo di nuove strategie per fornire particelle plasmoniche ai tumori.

Introduction

Negli ultimi dieci anni, varie particelle plasmoniche, come nanotubi d'oro, nanoshells e nanocages, hanno ricevuto una notevole attenzione per le applicazioni in ottica biomedica ^{1, 2, 3, 4.} In contrasto con nanosfere oro standard, queste particelle filtrate risuonano nella finestra vicino infrarosso (NIR) che prevede più profonda penetrazione ottica attraverso il corpo e alto contrasto ottico sui componenti endogene ^1. Questa caratteristica ha destato l'interesse per applicazioni innovative, come il fotoacustico (PA) imaging e l'ablazione fototermica di cancro. Tuttavia, diversi problemi frenano la penetrazione clinica di queste particelle. Per esempio, la loro attivazione ottica tende ad indurre il loro surriscaldamento e modificare le loro forme funzionali verso profili più sferiche, che controlla una fotoinstabilità ^{5, 6, 7, 8} </^{sup>, 9.} Un altro problema che domina il dibattito scientifico è la loro consegna sistemica in tumori. In particolare, nanotubi d'oro si combinano dimensioni che sono l'ideale per pervadere tumori che mostrano una maggiore permeabilità e ritenzione e la facilità di coniugazione con sonde specifiche di marcatori maligni. Pertanto, la loro preparazione per iniezione diretta nel flusso sanguigno è percepito come un regime fattibile ^{10, 11, 12, 13.} Comunque, questa via rimane problematica, con la maggior parte delle particelle diventando catturati dai fagociti mononucleati ^{10, 11, 12.} Inoltre, un'altra preoccupazione è la stabilità ottica e biochimica delle particelle dopo la circolazione attraverso il corpo ^14. Quando le particelle perdono la loro stabilità colloidale e di aggregazione, le loro caratteristiche plasmoniche e dinamiche di trasferimento di calore possono soffrire di accoppiamento plasmoniche ^15, </sup> ^{16, 17} e cross-surriscaldamento ^18.

Più recentemente, l'idea di sfruttare il tropismo di macrofagi associati al tumore è emerso come un'alternativa intelligente ^{19, 20, 21.} Queste celle contengono una innata capacità di rilevare e pervadere i tumori con elevata specificità. Pertanto, una prospettiva potrebbe essere quella di isolare queste cellule da un paziente, caricarli con nanotubi d'oro in vitro e poi iniettare di nuovo nel paziente, con l'intento di usarli come veicoli cellulari responsabili della consegna. Un altro vantaggio sarebbe quello di ottenere un maggiore controllo sulla stabilità ottica e biochimico delle particelle, in quanto la loro interfaccia biologica sarebbe costruita in vitro. Ancora, le prestazioni di questi veicoli cellulari come agenti di contrasto ottici hanno bisogno di una analisi critica.

In questo lavoro, si descrive la preparazione e criticità di Cellulveicoli ar contenenti nanotubi d'oro per la formazione immagine PA di cancro. Nanorods oro PEG sono modificati con composti di ammonio quaternario ^22, al fine di ottenere un profilo cationico che si prevede di promuovere le loro interazioni con membrane plasmatiche ^{23, 24.} Queste particelle subiscono l'assorbimento efficiente e aspecifica dalla maggior parte dei tipi cellulari, si spera senza interferire molto con le loro funzioni biologiche. macrofagi murini sono caricati con un massimo di ben 200, 000 nanotubi d'oro cationici per cella, che diventano trovino all'interno di vescicole endocytic stretti. Questa configurazione dovrebbe sorgere preoccupazione, a causa della minaccia di accoppiamento plasmoniche e cross-surriscaldamento all'interno di queste vescicole. Pertanto, i macrofagi sono incorporati in idrogel biopolimerico che imitano i tessuti biologici, per verificare che la maggior parte della stabilità della conversione PA delle particelle è trattenuto nel trasferimento dal mezzo di crescita per le vescicole endocitiche. effectivcriteri di valutazione e sono elaborati al fine di misurare la stabilità della conversione PA in condizioni di immediato interesse per l'imaging PA. Una soglia rimodellare è impostato per lo insorgenza di instabilità ottica dopo un treno di 50 impulsi laser con la frequenza di ripetizione tipica di 10 Hz.

Siamo certi che questi risultati possono fornire lo slancio per lo sviluppo di nuove strategie per fornire particelle plasmoniche ai tumori.

Protocol

Nota: Tutte le concentrazioni di nanotubi d'oro sono espressi in termini di molarità nominali Au. Per il confronto con altre opere, di notare che 1 M Au corrisponde approssimativamente a 20 micron nanotubi d'oro, nel nostro caso. 1. Preparazione di cationici oro Nanorods Nota: Il metodo inizia con la sintesi di bromuro cetrimonio (CTAB) nanorods oro -capped dalla riduzione autocatalitica di HAuCl4 con acido ascorbico, secondo il protocollo intro…

Representative Results

Qui, la fattibilità di veicoli cellulari contenenti nanotubi d'oro per la formazione immagine PA del cancro è mostrato insieme a risultati tipici di protocollo. Le immagini TEM in figura 1 mostra il solito aspetto delle particelle dopo il punto 1 e dei loro veicoli cellulari dopo il punto 2. La preparazione delle particelle e delle cellule per l'imaging TEM è descritto altrove 17. nanotub…

Discussion

La nozione di indirizzare i macrofagi associati al tumore sta emergendo come un concetto potente per combattere il cancro ^{34, 35, 36.} Qui, invece della loro distruzione, queste cellule vengono reclutati come veicoli cellulari per portare nanotubi d'oro in un tumore, dallo sfruttamento del loro tropismo. Questa prospettiva richiede una progettazione attenta delle particelle, la loro integrazione nelle cellule e la loro caratterizzazione. Abbiamo trovato che la fo…

Materials

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