Análisis preparación y fotoacústica de Vehículos celulares que contienen 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 son atractivos para una variedad de aplicaciones biomédicas, tales como la ablación fototérmica y la formación de imagen fotoacústica de cáncer, gracias a su absorbancia óptica intensa en la ventana del infrarrojo cercano, baja citotoxicidad y el potencial para el hogar en los tumores. Sin embargo, su entrega a los tumores sigue siendo un problema. Un enfoque innovador consiste en la explotación de la tropismo de macrófagos asociados al tumor que se puede cargar con nanorods de oro en vitro. A continuación, se describe la preparación y la inspección de los vehículos fotoacústica celulares que contienen nanorods oro. nanorods oro PEGilados se modifican con compuestos de amonio cuaternario, con el fin de conseguir un perfil de catiónico. Tras contacto con los macrófagos de ratón en placas de Petri ordinarias, se encuentran estas partículas a someterse a la captación masiva en vesículas de endocitosis. A continuación, estas células se incrustan en hidrogeles biopoliméricos, que se utilizan para verificar que la estabilidad de la conversión fotoacústicade las partículas se retiene en su inclusión en los vehículos celulares. Estamos seguros de que estos resultados pueden proporcionar una nueva inspiración para el desarrollo de nuevas estrategias para suministrar partículas plasmónicas a los tumores.

Introduction

Durante la última década, diversas partículas plasmónicas como nanorods oro, nanocápsulas y nano-cajas, han recibido una atención considerable para aplicaciones en óptica biomédica ^{1, 2, 3, 4.} En desacuerdo con nanoesferas de oro estándar, estas partículas nuevas resuenan en la ventana de infrarrojo cercano (NIR), que proporciona para la penetración más profunda óptica a través del cuerpo y mayor contraste óptico sobre componentes endógenos ^1. Esta característica ha despertado interés para aplicaciones innovadoras, tales como la formación de imagen fotoacústica (PA) y la ablación fototérmica de cáncer. Sin embargo, varias cuestiones restringen la penetración clínica de estas partículas. Por ejemplo, su activación óptica tiende a inducir su sobrecalentamiento y modificar sus formas funcionales hacia perfiles más esféricas, que impulsa un fotoinestabilidad ^{5, 6, 7, 8} </^{sup>, 9.} Otro tema que domina el debate científico es su liberación sistémica en los tumores. En particular, nanobastones oro combinan tamaños que son ideales para impregnar los tumores que muestran una mayor permeabilidad y retención y la facilidad de conjugación con sondas específicas de marcadores malignos. Por lo tanto, su preparación para una inyección directa en el torrente sanguíneo se percibe como un esquema viable ^{10, 11, 12, 13.} Sin embargo, esta ruta sigue siendo problemática, con la mayoría de las partículas de quedar capturado por el sistema de fagocitos mononucleares ^{10, 11, 12.} Además, otra preocupación es la estabilidad óptica y bioquímica de las partículas después de la circulación a través del cuerpo ^14. Cuando las partículas pierden su estabilidad coloidal y agregada, sus características plasmónicas y la dinámica de transferencia de calor pueden sufrir de acoplamiento plasmónica ^15, </shasta> ^{16, 17} y ¹⁸ a través del sobrecalentamiento.

Más recientemente, el concepto de explotar el tropismo de macrófagos asociados al tumor ha surgido como una alternativa inteligente ^{19, 20, 21.} Estas células tienen una capacidad innata para detectar e impregnar los tumores con alta especificidad. Por lo tanto, un punto de vista puede ser para aislar estas células de un paciente, cargarlos con nanorods de oro en vitro y luego inyectar de nuevo en el paciente, con la intención de utilizarlos como vehículos celulares responsables de la entrega. Otra ventaja sería contar con un mayor control sobre la estabilidad óptica y la bioquímica de las partículas, debido a que su interfaz biológica sería construida in vitro. Aún así, las prestaciones de estos vehículos celulares como agentes de contraste ópticos necesitan un análisis crítico.

En este trabajo se describe la preparación y temas críticos de Cellular vehículos que contienen nanorods de oro para la formación de imágenes de cáncer de PA. Nanorods oro PEGilados se modifican con compuestos de amonio cuaternario ^22, a fin de lograr un perfil catiónico que se espera para promover su interacción con las membranas plasmáticas ^{23, 24.} Estas partículas se someten a la absorción eficiente y no específica de la mayoría de tipos celulares, es de esperar sin interferir mucho con sus funciones biológicas. macrófagos murinos se cargan con hasta un máximo de 200, 000 nanobastones oro catiónicos por célula, que quedan confinadas dentro de las vesículas de endocitosis apretados. Esta configuración debe surgir la preocupación, debido a la amenaza de acoplamiento plasmónica y transversal sobrecalentamiento dentro de estas vesículas. Por lo tanto, los macrófagos se incrustan en hidrogeles biopoliméricos que imitan los tejidos biológicos, con el fin de verificar que la mayor parte de la estabilidad de la conversión de PA de las partículas se retiene en la transferencia del medio de crecimiento a las vesículas de endocitosis. effectivcriterios de medición electrónicos se elaboran con el fin de medir la estabilidad de conversión de PA en condiciones de interés inmediato para obtener imágenes de PA. Un umbral de remodelación se establece en el mismo inicio de la inestabilidad óptica después de un tren de pulsos de láser 50 con la tasa de repetición típico de 10 Hz.

Estamos seguros de que estos resultados pueden proporcionar el impulso para el desarrollo de nuevas estrategias para suministrar partículas plasmónicas a los tumores.

Protocol

Nota: Todas las concentraciones de oro nanorods se expresan en términos de molaridad Au nominales. Para la comparación con otras obras, tenga en cuenta que 1 M Au corresponde aproximadamente a 20 M nanobastones de oro, en nuestro caso. 1. Preparación de Oro catiónico Nanorods Nota: El método comienza con la síntesis de bromuro de cetrimonio (CTAB) -capped nanorods de oro por la reducción autocatalítica de HAuCl4 con ácido ascórbico, de acuerdo …

Representative Results

En este caso, la viabilidad de los vehículos celulares que contienen nanorods de oro para la formación de imágenes de cáncer de PA se muestra junto con los resultados típicos del protocolo. Las imágenes TEM de la figura 1 muestran el aspecto habitual de las partículas después de la etapa 1 y sus vehículos celulares después de la etapa 2. La preparación de las partículas y de las células para obten…

Discussion

La idea de orientar los macrófagos asociados a tumores se está convirtiendo en un concepto de gran alcance para combatir el cáncer ^{34, 35, 36.} Aquí, en lugar de su destrucción, estas células son reclutados como vehículos celulares para llevar nanobastones de oro en un tumor, por la explotación de su tropismo. Esta perspectiva requiere un cuidadoso diseño de las partículas, su integración en las células y su caracterización. Hemos encontrado que la fotoe…

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