Synthese van Immunotargeted Magneto-plasmonische Nanoclusters

Summary

Hier beschrijven we een protocol voor de synthese van magneto-plasmon nanodeeltjes met een sterk magnetisch moment en een sterke nabij-infrarood (NIR) absorptie. Het protocol omvat ook antilichaam conjugatie aan de nanodeeltjes door de Fc eenheid voor diverse biomedische toepassingen die moleculaire specifieke targeting vereisen.

Abstract

Magnetische en plasmonische eigenschappen gecombineerd in een enkel nanodeeltje zorgen voor een synergie die voordelig is in een aantal biomedische toepassingen zoals contrast verbetering in de roman magnetomotorische beeldvormende modaliteiten, tegelijkertijd nemen en detectie van circulerende tumorcellen (CTC's), en multimodale moleculaire beeldvorming gecombineerd met fotothermische therapie van kankercellen. Deze toepassingen hebben aanzienlijke belangstelling voor de ontwikkeling van protocollen voor synthese van magneto-plasmon nanodeeltjes met optische absorptie in het nabije infrarood (NIR) gebied en een sterk magnetisch moment gestimuleerd. Hier presenteren we een nieuw protocol voor de synthese van dergelijke hybride nanodeeltjes die is gebaseerd op een olie-in-water micro-emulsie methode. De unieke eigenschap van de hierin beschreven protocol synthese van magneto-plasmon nanodeeltjes van verschillende maten van primaire blokken die ook magneto-plasmon kenmerken. Deze benadering levert nanodeeltjes met een hoge densiteit van magnetische en plasmonische functionaliteiten die gelijkmatig zijn verdeeld over de nanodeeltjes volume. De hybride nanodeeltjes kunnen gemakkelijk worden gefunctionaliseerd door het aanbrengen van antilichamen door de Fc eenheid verlaat het Fab-deel dat verantwoordelijk is voor antigeenbinding voor targeting.

Introduction

Hybride nanodeeltjes bestaande uit verschillende materialen met verschillende fysisch-chemische eigenschappen kunnen nieuwe mogelijkheden openen in biomedische toepassingen, waaronder multimodale moleculaire beeldvorming, therapie levering en bewaking, nieuwe screening en diagnostische testen ^1-3. De combinatie van plasmon en magnetische eigenschappen in een nanodeeltje is van bijzonder belang omdat het een zeer sterk licht verstrooiing en absorptie doorsneden verbonden plasmonresonanties en kunnen reageren op een magnetisch veld. Zo werden magneto-plasmon nanodeeltjes gebruikt om contrast in donkere-field imaging van gemerkte cellen verhogen door een tijdelijke signaal modulatie via een externe elektromagneet ^3-5. Meer recent werd een soortgelijke grondslag voor de ontwikkeling van een nieuwe beeldvormende modaliteit – magneto-fotoakoestische imaging, waar magneto-plasmon nanodeeltjes mogelijk grote verbeteringen in contrast en signaal-achtergrond ratio ^6,7. Ook werd aangetoond dat de hybride nanodeeltjes kunnen worden gebruikt voor gelijktijdige opname en detectie van circulerende tumorcellen in bloed en in vivo ^8,9. Bovendien worden magneto-plasmon nanodeeltjes veelbelovende theranostische middelen die kunnen worden gebruikt voor moleculaire specifieke optische en MRI gecombineerd met fotothermische behandeling van kankercellen ^10.

Verschillende benaderingen werden verkend voor de synthese van magneto-plasmonische nanodeeltjes. Bijvoorbeeld, Yu et al. Gebruikt afbraak en oxidatie van Fe (CO) ₅ op gouden nanodeeltjes dumbbell-achtige bifunctionele Au-Fe ₃ O ₄ nanodeeltjes ¹¹ vormen. Wang et al. Hebben goud gecoate ijzeroxide nanodeeltjes gesynthetiseerd door het gebruik van thermische ontleding methode ^12. Enkele andere benaderingen afhankelijk coating polymeer of aminofunctionele moleculen aan magnetische kern nanodeeltjes gevolgd door afzetting van agoude shell op het polymeer oppervlak om de hybride te creëren deeltjes ^7,13. Bovendien werden ijzeroxide nanodeeltjes goud nanorods via elektrostatische interacties of een chemische reactie ^14,15 bevestigd. Hoewel deze benaderingen leveren magneto-nanostructuren, ze compromis enigszins eigenschappen van de magneto-plasmonische combinatie zoals optische absorptie in het nabije infrarood venster (NIR) of een sterk magnetisch moment beide zijn zeer wenselijk in biomedische toepassingen. Bijvoorbeeld, dumbbell Au-Fe ₃ O ₄ nanodeeltjes een plasmon resonantie piek bij 520 nm die hun bruikbaarheid in vivo beperkt door de hoge weefsel troebelheid in dit spectrale gebied. Bovendien is de magneto-plasmonische nanodeeltjes door huidige protocollen zijn beperkt tot slechts een ¹¹ of weinig (minder dan 10) ^14,15 superparamagnetische delen (bijvoorbeeld ijzeroxide nanodeeltjes) die significant minder dan had ach zijnieved in een dicht opeengepakte nanostructuur. Bijvoorbeeld, kan een dicht op elkaar gepakte 60 nm diameter bolvormige nanodeeltjes bevatten, in de orde van duizend van 6 nm superparamagnetische nanodeeltjes. Daarom is er een grote ruimte voor verbetering van magnetische eigenschappen van de hybride nanodeeltjes. Bovendien zijn sommige van de eerder beschreven protocollen zijn relatief complex en vereisen zorgvuldige optimalisatie om deeltjesaggregatie tijdens de synthese ^14,15 vermijden.

Hier beschrijven we een protocol voor de synthese van magneto-plasmonische nanodeeltjes met een sterk magnetisch moment en een sterke NIR-absorptie die belangrijke beperkingen van het huidige kunst-adressen. De synthese heeft zijn oorsprong in de olie-in-water micro-emulsie-methode ^16. Het is gebaseerd op de montage van nanodeeltjes van een gewenste grootte van een veel kleinere primaire deeltjes. Deze aanpak is met succes gebruikt om nanostructuren uit een enkel materiaal zoals goud, ijzeroxide en semiconductor pri producerenmary deeltjes ^16. We uitgebreid tot de synthese van magneto-plasmon nanodeeltjes door, eerst, waardoor 6 nm goud diameter shell / ijzeroxide kerndeeltjes en daarna samenstellen van de primaire hybride deeltjes in de uiteindelijke bolvormige nanostructuur. Montage primaire deeltjes in nanoclusters het niet alleen mogelijk verbeteren van de eigenschappen van de samenstellende nanodeeltjes, zoals het bereiken van een sterker magnetisch schip behoud superparamagnetische eigenschappen, maar maakt ook gebruik van de interacties tussen individuele nanodeeltjes zodoende nieuwe kenmerken afwezig de samenstellende nanodeeltjes, zoals sterke optische absorptie in het NIR venster. Dit protocol geeft hybride nanodeeltjes met een hoge magnetische en plasmon functionaliteiten. Na primaire deeltjes worden gesynthetiseerd, onze methode is in wezen een eenvoudige éénpotsreactie. De totale plasmon resonantie sterkte en magnetisch moment worden bepaald door een aantal primaire deeltjes en theroordat, kan eenvoudig worden geoptimaliseerd, afhankelijk van de aanvraag. Verder hebben we ook een procedure ontwikkeld voor het antilichaam conjugatie tot een hybride nanopartikels voor verschillende biomedische toepassingen die moleculaire specifieke targeting vereisen. Antilichamen worden door de Fc eenheid verlaat het Fab-deel dat verantwoordelijk is voor antigeenbinding voor targeting gehecht.

Protocol

1 instrumentatie en Glaswerk Voorbereiding Geschikte kleding te dragen, dat wil zeggen, een laboratoriumjas, wegwerphandschoenen en oogbescherming. Sluit een rondbodemkolf met een koeler en dompelen in een silicone oliebad met een temperatuur controle van een thermometer. Plaats een warmtebron (bijvoorbeeld kookplaat) onder oliebad (figuur 1). Gebruik een thermometer voor het meten van de temperatuur boven 260 ° C. 2 Synthese van P…

Representative Results

Een schema voor de synthese van immunotargeted magneto-plasmon nanoclusters wordt getoond in figuur 2. Eerst worden magnetische Fe 3 O 4 ijzeroxide nanodeeltjes gesynthetiseerd door thermische ontleding methode. Vervolgens wordt een dunne ca. 1 nm goud shell afgezet op ijzeroxide kerndeeltjes via thermische ontleding. De primaire ca. 6 nm hybride nanopartikels dienen als zaden magneto-plasmon nanoclusters maken door gebruik van een olie-in-water micro-emulsie bena…

Discussion

Kritische stappen in de geslaagde synthese van magneto-plasmonische nanoclusters omvatten het maken van zeer monogedispergeerde primaire goud shell / ijzeroxide nanodeeltjes kern en regisseren zelf-assemblage van de primaire deeltjes in nanoclusters. Een molaire verhouding tussen de primaire deeltjes en oppervlakteactieve stoffen spelen een belangrijke rol bij het bepalen van grootteverdeling van de nanoclusters. Niet-uniforme grootte verdeling van de primaire nanodeeltjes kan de vorming van grote aggregaten veroorzaken…

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