Preparação e Fotoacústica Análise de Veículos celulares contendo ouro nanobastões

Summary

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

Abstract

nanorods ouro são atraentes para uma variedade de aplicações biomédicas, tais como a ablação fototérmico e a imagiologia de cancro fotoacústica, graças à sua intensa absorvância óptica na janela de infravermelho próximo, de baixa toxicidade e potencial de repouso em tumores. No entanto, a sua entrega aos tumores continua a ser um problema. Uma abordagem inovadora consiste no aproveitamento do tropismo de macrófagos associados a tumores que podem ser carregados com ouro nanorods in vitro. Aqui, descrevemos a preparação ea inspeção fotoacústica de veículos celulares contendo nanobastões de ouro. nanorods ouro PEGilados são modificados com compostos quaternários de amónio, a fim de alcançar um perfil catiónico. Em contacto com macrófagos murinos em pratos de Petri normais, estas partículas encontram-se submeter a absorção maciça em vesículas endocíticas. Em seguida, estas células são incorporadas em hidrogéis biopolimêricos, que são usadas para verificar que a estabilidade da conversão fotoacústicadas partículas é retido na sua inclusão em veículos celulares. Estamos confiantes de que estes resultados podem fornecer uma nova inspiração para o desenvolvimento de novas estratégias para entregar partículas plasmonic a tumores.

Introduction

Durante a última década, várias partículas plasmonic como nanobastões de ouro, nanoshells e nanocages, têm recebido uma atenção considerável para aplicações em óptica biomédica ^{1, 2, 3, 4.} Em desacordo com nanoesferas de ouro padrão, estas partículas mais recentes ressoam na janela do infravermelho próximo (NIR), que prevê mais profunda penetração óptica através do corpo e maior contraste óptico mais componentes endógenos ^1. Este recurso tem despertado interesse para aplicações inovadoras, tais como a fotoacústica (PA) de imagem e a ablação fototérmica de câncer. No entanto, vários problemas restringir a penetração clínica destas partículas. Por exemplo, a sua activação óptico tende a induzir o seu sobreaquecimento e modificar suas formas funcionais para com perfis mais esféricas, que dirige um photoinstability ^{5, 6, 7, 8} </^{sup>, 9.} Outra questão que domina o debate científico é a sua entrega sistémica em tumores. Em particular, nanobastões de ouro combinam tamanhos que são ideais para permear tumores que exibem permeabilidade aumentada e retenção e facilidade de conjugação com sondas específicas de marcadores malignas. Portanto, a sua preparação para uma injecção directa na corrente sanguínea é percebida como um sistema viável ^{10, 11, 12, 13.} No entanto, este procedimento continua a ser problemática, com a maioria das partículas tornar-se capturado pelo sistema de fagócitos mononucleares ^{10, 11, 12.} Além disso, outra preocupação é a estabilidade óptica e bioquímica das partículas após a circulação através do corpo ^14. Quando as partículas perdem sua estabilidade coloidal e agregados, as suas características plasmonic e dinâmicas de transferência de calor pode sofrer de acoplamento plasmonic ^15, </s-se> ^{16, 17} e cross-superaquecimento ^18.

Mais recentemente, a noção de explorar o tropismo de macrófagos associados a tumores emergiu como uma alternativa inteligente ^{19, 20, 21.} Estas células manter uma capacidade inata para detectar e permeiam tumores com alta especificidade. Portanto, uma das perspectivas pode ser a de isolar essas células de um paciente, carregá-los com nanobastões de ouro in vitro e depois injetá-las de volta para o paciente, com a intenção de usá-los como veículos celulares responsáveis ​​pela entrega. Outra vantagem seria a ganhar mais controle sobre a estabilidade óptica e bioquímica das partículas, por causa de sua interface biológica seria construída in vitro. Ainda assim, os desempenhos destes veículos celulares como agentes de contraste óptico precisa de uma análise crítica.

Neste trabalho, nós descrevemos a preparação e questões críticas de Cellulveículos AR contendo nanobastões de ouro para a imagem PA de câncer. Nanorods ouro PEGilados são modificados com compostos de amónio quaternário ^22, a fim de obter um perfil de catiónico que é esperado para promover as suas interacções com membranas plasmáticas ^{23, 24.} Estas partículas passam por absorção eficiente e inespecífica da maioria dos tipos celulares, esperançosamente sem interferir muito com as suas funções biológicas. macrófagos murinos são carregados com até um máximo de 200, 000 nanobastões de ouro catiônicos por célula, que se tornam situam no interior de vesículas de endocitose apertados. Esta configuração deve surgir preocupação, por causa da ameaça de acoplamento plasmonic e cross-sobreaquecimento dentro destas vesículas. Portanto, os macrófagos são incorporados em hidrogéis biopolimêricos que imitam tecidos biológicos, a fim de verificar que a maior parte da estabilidade do PA conversão das partículas é retido na transferência do meio de crescimento para as vesículas endocíticas. effectivcritérios de medição e são trabalhados, a fim de medir a estabilidade da conversão PA em condições de interesse imediato para a imagem latente PA. Um limiar remodelar está configurado bem no início da instabilidade óptica após um trem de 50 pulsos de laser com a taxa de repetição típico de 10 Hz.

Estamos confiantes de que estes resultados podem dar um impulso para o desenvolvimento de novas estratégias para entregar partículas plasmonic a tumores.

Protocol

Nota: Todas as concentrações de ouro nanorods são expressos em termos de Au molaridades nominais. Para efeito de comparação com outras obras, note que 1 M Au corresponde aproximadamente a 20 um nanobastões de ouro, no nosso caso. 1. Preparação de Cationic ouro nanobastões Nota: O método começa com a síntese de brometo de cetrimónio (CTAB) nanorods ouro -capped por a redução autocatalítico de HAuCl 4 com ácido ascórbico, de acordo com o …

Representative Results

Aqui, a viabilidade de veículos celulares contendo nanobastões de ouro para a imagem PA de câncer é mostrado juntamente com resultados típicos de protocolo. As imagens por MET da Figura 1 mostram o aspecto habitual das partículas após o passo 1 e os seus veículos celulares após o passo 2. A preparação das partículas e das células para imagiologia MET é descrita na literatura 17.</…

Discussion

A noção alvejar macrófagos associados a tumores está a emergir como um conceito poderoso para combater o câncer ^{34, 35, 36.} Aqui, em vez de sua destruição, essas células são recrutados como veículos celulares para trazer nanobastões de ouro em um tumor, pela exploração do seu tropismo. Esta perspectiva requer um design inteligente das partículas, a sua integração nas células e sua caracterização. Verificou-se que a fotoestabilidade de macrófagos …

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