금 나노 막대를 포함하는 세포 차량의 제조 및 광 음향 분석
1Institute of Applied Physics,Italian National Research Council, 2Department of Experimental and Clinical Biomedical Sciences,University of Florence, Firenze, 3Department of Physics and Astronomy,University of Florence, Sesto Fiorentino, 4Department of Pharmacy and Biotechnology,University of Bologna
Summary
We show the preparation and address the feasibility of cellular vehicles containing gold nanorods for the photoacoustic imaging of cancer.
Abstract
금 나노 막대는 종양에 집에 근적외선 창, 낮은 세포 독성 및 잠재적 인 자신의 강렬한 광 흡수 덕분에 같은 광열 절제와 암의 광 음향 이미징 생물 의학 응용 프로그램의 범위 매력적이다. 그러나 종양에 자신의 배달은 여전히 문제가 남아있다. 혁신적인 접근 방법은 체외에서 금 나노 막대로 로딩 될 수있다 종양 관련 식세포의 친 화성의 착취로 구성되어 있습니다. 여기, 우리는 준비와 금 나노 막대를 포함하는 세포 차량의 광 음향 검사에 대해 설명합니다. PEG 화 금 나노로드는 양이온 프로파일을 달성하기 위해, 사차 암모늄 화합물로 변형된다. 일반 배양 접시에서 쥐의 대 식세포와의 접촉에서 이러한 입자는 세포 내 이입 소포에 다량 흡수를 받아야 발견된다. 이어서 이들 세포를 확인하기 위해 사용된다 biopolymeric 하이드로 겔에 포함되는 음향 변환의 안정성입자의 세포 차량에 자신의 포함에 유지됩니다. 우리는이 결과는 종양 플라즈몬 입자를 제공하는 새로운 전략의 개발을위한 새로운 영감을 제공 할 수 있음을 확신합니다.
Introduction
지난 10 년간, 금 나노로드, 나노 쉘과 같은 다양한 nanocages 플라즈몬 입자 의치 광학 1, 2, 3, 4의 응용 프로그램에 대한 상당한 관심을 받고있다. 표준 금 나노에 저촉이 새로운 입자는 몸을 통해 깊은 광학 침투 및 내인성 구성 요소 1 이상의 높은 광학 대비를 제공하는 근적외선 (NIR) 창에 끌어 들여. 이 기능은 광 음향 (PA) 이미징 및 암의 광열 절제와 같은 혁신적인 애플리케이션에 대한 관심을 자극하고있다. 그러나, 몇 가지 문제는 이들 입자의 임상 침투를 억제. 예를 들면, 광학적 활성은 8 그 과열을 유도하고 photoinstability 5, 6, 7에서 더 많은 구형 프로파일을 향해 기능적 형상을 수정하는 경향 </SUP> 9. 과학적 논쟁을 지배하는 또 다른 문제는 종양에 자신의 전신 전달합니다. 특히, 금 나노 막대는 향상된 침투성 및 보존 및 악성 마커의 특정 프로브와 활용의 용이성을 표시 종양을 전면적으로 퍼지다에 이상적 크기를 결합합니다. 따라서, 혈류로 직접 분사에 대한 이들의 제조가 가능한 방식 10, 11, 12, 13로 인식한다. 입자의 대부분이 단핵 식세포 시스템 10, 11, 12에 의하여 촬영 해짐 그러나,이 경로는 문제가 남아있다. 또 다른 관심사는 본체 (14)를 통해 순환 후의 입자의 생화학 광 안정성이다. 입자가 콜로이드 안정성 및 집계를 잃을 때, 자신의 플라즈몬 기능 및 열 전달 역학 플라즈몬 커플 링 (15)으로 고생 할 수있다, </s> 16, 17 및 18 개를 크로스 과열.
최근 종양 관련 식세포의 친 화성을 악용 할 수있는 개념은 스마트 대체 19, 20, 21로 떠오르고있다. 이 세포를 감지하고 높은 특이성과 종양을 전면적으로 퍼지다 수있는 타고난 능력을 보유. 따라서, 하나의 관점에서는, 환자에서 이러한 세포를 분리 관내 금 나노로드로로드하고 전달을 담당하는 셀룰러 자동차로 사용하는 목적으로, 환자에게 다시 주입 할 수있다. 또 다른 이점은 생물학적 인터페이스가 시험 관내에서 구성 될 것이기 때문에, 입자의 광학 생화학 적 안정성을 더 제어 할 수있다. 그럼에도 불구하고, 광학 조영제 이러한 세포 차량의 성능은 중요한 분석이 필요합니다.
이 작품에서, 우리는 준비와 cellul의 중요한 문제에 대해 설명암의 PA 이미징을위한 금 나노 막대를 포함 아칸소 차량. PEG 화 금 나노로드는 혈장 막 (23), (24)과의 상호 작용을 촉진 할 것으로 예상된다 양이온 프로파일을 달성하기 위해, 급 암모늄 화합물 (22)로 변형된다. 이 입자들은 희망 생물학적 기능 대부분을 방해하지 않고, 대부분의 세포 종류에서 효율적이고 불특정 흡수를 겪는다. 쥐의 대 식세포는 최대 꽉 세포 내 이입 소포 내에 국한 될 셀 당 많은 000, 200 등의 양이온 금 나노로드에로드됩니다. 이 구성은 때문에이 소포 내부 플라즈몬 커플 링 및 크로스 과열의 위협의 우려를 발생한다. 따라서, 대 식세포는 입자의 PA 전환의 안정성의 대부분은 세포 내 이입 소포로 성장 매체에서 전송에 유지되어 있는지 확인하기 위해, 생체 조직을 모방 biopolymeric 하이드로 겔에 포함된다. Effectiv전자 측정 기준 PA 촬상 즉각적인 관심 조건 하에서 PA 변환의 안정성을 측정하기 위해 밖으로 일된다. 재 형성 임계 값은 10 Hz에서의 전형적인 반복률 50 레이저 펄스의 트레인 후에 광 불안정성의 바로 시작에서 설정된다.
우리는이 결과는 종양 플라즈몬 입자를 제공하는 새로운 전략의 개발을위한 모멘텀을 제공 할 것으로 확신한다.
Protocol
참고 : 금 나노 막대의 모든 농도는 명목 금 몰 농도의 관점에서 표현된다. 다른 작품과의 비교를 위해, 1 M 금은 대략 우리의 경우, 20 μM 금 나노 막대에 대응 있습니다. 양이온 금 나노 막대의 1. 준비 참고 :..이 방법은 Ratto 등 (26)에 따라 Nikoobakht 등 (25)에 의해 도입 및 적응 프로토콜에 따라, 아스 코르 빈산와 HAu…
Representative Results
여기에서, 암의 PA 이미징을위한 금 나노 막대를 포함하는 세포 차량의 가능성은 프로토콜의 일반적인 결과와 함께 표시됩니다. 도 1의 TEM 이미지는 단계 2. 입자의 TEM 영상 및 용 셀의 제조는 다른 17 설명한 후 1 단계 후의 입자 및 셀룰러 차량의 일반적인 모양을 나타낸다. 양이온 금 나노 막대는 정상적?…
Discussion
종양 관련 대 식세포를 대상으로하는 개념은 암 34, 35, 36을 방지 할 수있는 강력한 개념으로 부상하고있다. 여기에, 대신 자신의 멸망,이 세포는 자신의 친 화성의 착취에 의해, 종양에 금 나노 막대를 가지고 세포 차량으로 채용된다. 이 관점은 입자의 사려 깊은 디자인, 세포 및 특성에 자신의 통합이 필요합니다. 우리는 양이온 금 나노 막대로드 쥐의 대 …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 부분적으로 ERANET + 프로젝트 LU를 거품과 BI-TRE의 프레임 내에서 Regione 토스와 유럽 공동체에 의해 지원되었다.
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 |
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Citer Cet Article
Cavigli, L., Tatini, F., Borri, C., Ratto, F., Centi, S., Cini, A., Lelli, B., Matteini, P., Pini, R. Preparation and Photoacoustic Analysis of Cellular Vehicles Containing Gold Nanorods. J. Vis. Exp. (111), e53328, doi:10.3791/53328 (2016).