Préparation et Photoacoustique Analyse des véhicules cellulaires contenant de l'or nanorods

Summary

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

Abstract

nanotiges d'or sont attrayants pour une gamme d'applications biomédicales telles que l'ablation photothermique et l'imagerie photoacoustique du cancer, grâce à leur absorbance optique intense dans la fenêtre proche infrarouge, une faible cytotoxicité et le potentiel de la maison dans les tumeurs. Cependant, leur livraison à des tumeurs reste encore un problème. Une approche innovante consiste en l'exploitation du tropisme des macrophages associés aux tumeurs qui peut être chargé avec nanotiges d'or in vitro. Ici, nous décrivons la préparation et l'inspection photoacoustique des véhicules cellulaires contenant nanotiges d'or. PEGylés nanotiges d'or sont modifiées avec des composés d'ammonium quaternaire, afin d'obtenir un profil cationique. En cas de contact avec les macrophages murins dans des boîtes de Petri ordinaires, ces particules se trouvent à subir une utilisation massive dans des vésicules d'endocytose. Ensuite, ces cellules sont noyés dans des hydrogels biopolymères, qui sont utilisés pour vérifier que la stabilité de la conversion photoacoustiquedes particules est retenue dans leur inclusion dans des véhicules cellulaires. Nous sommes convaincus que ces résultats peuvent fournir une nouvelle source d'inspiration pour le développement de nouvelles stratégies pour délivrer des particules plasmoniques à des tumeurs.

Introduction

Au cours de la dernière décennie, diverses particules plasmoniques telles que nanotiges d'or, nanobilles et nanocages, ont reçu une attention considérable pour les applications en optique biomédicale ^{1, 2, 3, 4.} En contradiction avec les nanosphères d'or standard, ces particules nouvelles résonnent dans la fenêtre proche infrarouge (NIR) qui prévoit la plus profonde pénétration optique à travers le corps et le plus haut contraste optique sur les composants endogènes ^1. Cette fonction a suscité un intérêt pour des applications innovantes, telles que la photoacoustique (PA) imagerie et l'ablation photothermique du cancer. Cependant, plusieurs problèmes freinent la pénétration clinique de ces particules. Par exemple, leur activation optique tend à induire leur surchauffe et de modifier leurs formes fonctionnelles vers des profils plus sphériques, qui entraîne un photoinstabilité ^{5, 6, 7, 8} </^{sup>, 9.} Une autre question qui domine le débat scientifique est leur administration systémique dans les tumeurs. En particulier, nanotiges d'or combinent tailles qui sont idéales pour imprégner les tumeurs qui présentent une perméabilité accrue et la rétention et la facilité de conjugaison avec des sondes spécifiques de marqueurs malignes. Par conséquent, leur préparation pour une injection directe dans la circulation sanguine est perçue comme un système réalisable ^{10, 11, 12, 13.} Cependant, cette voie reste problématique, avec la plupart des particules devenant capturées par le système phagocytaire mononucléaire ^{10, 11, 12.} En outre, un autre problème réside dans la stabilité optique et biochimique des particules après circulation à travers le corps ^14. Lorsque les particules perdent leur stabilité et de l' agrégat colloïdale, leurs caractéristiques plasmon et la dynamique du transfert de chaleur peuvent souffrir de couplage plasmonique ^15, </sup> ^{16, 17} et contre-surchauffe ^18.

Plus récemment, la notion d'exploiter le tropisme des macrophages associés aux tumeurs est apparue comme une solution de rechange à puce ^{19, 20, 21.} Ces cellules détiennent une capacité innée à détecter et infiltrer les tumeurs avec une grande spécificité. Par conséquent, un point de vue peut être d'isoler ces cellules d'un patient, de les charger avec nanorods or in vitro, puis de les injecter dans le patient, avec l'intention de les utiliser comme véhicules cellulaires en charge de la livraison. Un autre avantage serait de gagner plus de contrôle sur la stabilité optique et biochimique des particules, en raison de leur interface biologique serait construit in vitro. Pourtant, les performances de ces véhicules cellulaires comme agents de contraste optiques ont besoin d'une analyse critique.

Dans ce travail, nous décrivons la préparation et les questions critiques de Cellulvéhicules ar contenant nanotiges d'or pour l'imagerie PA du cancer. PEGylés nanotiges d'or sont modifiées avec des composés d'ammonium quaternaire ^22, afin d'obtenir un profil cationique qui devrait favoriser leurs interactions avec les membranes plasmatiques ^{23, 24.} Ces particules subissent l'absorption efficace et non spécifique de la plupart des types cellulaires, nous l'espérons, sans interférer beaucoup avec leurs fonctions biologiques. macrophages murins sont chargés avec jusqu'à moins de 200, 000 nanotiges d'or cationiques par cellule, qui deviennent confinées dans les vésicules d'endocytose serrés. Cette configuration devrait se poser problème, en raison de la menace de couplage plasmonique et le contre-surchauffe à l'intérieur de ces vésicules. Par conséquent, les macrophages sont noyés dans des hydrogels biopolymères qui imitent les tissus biologiques, afin de vérifier que la majeure partie de la stabilité de la conversion PA des particules est retenue dans le transfert du milieu de croissance des vésicules d'endocytose. effectivles critères de mesure de e sont élaborés afin de mesurer la stabilité de la conversion PA dans des conditions d'intérêt immédiat pour l'imagerie PA. Un seuil remodelage est réglé au début même de l'instabilité optique après un train de 50 impulsions laser avec le taux de répétition typique de 10 Hz.

Nous sommes convaincus que ces résultats peuvent donner une impulsion pour le développement de nouvelles stratégies pour délivrer des particules plasmoniques à des tumeurs.

Protocol

Note: Toutes les concentrations de nanotiges d'or sont exprimés en termes de nominal Au molarités. A titre de comparaison avec d'autres œuvres, notez que 1 M Au correspond à peu près à 20 uM nanotiges d'or, dans notre cas. 1. Préparation de Cationic Or nanorods Remarque: La méthode commence avec la synthèse du bromure de cétrimonium (CTAB) -capped nanotiges d'or par réduction autocatalytique de HAuCl 4 avec de l' acide asco…

Representative Results

Ici, la faisabilité des véhicules cellulaires contenant nanotiges d'or pour l'imagerie PA du cancer est montré ainsi que les résultats typiques du protocole. Les images TEM dans la figure 1 montrent l'aspect habituel des particules après l' étape 1 et de leurs véhicules cellulaires après l' étape 2. La préparation des particules et des cellules pour l' imagerie TEM est décrit…

Discussion

La notion de cibler les macrophages associés aux tumeurs est en train de devenir un concept puissant pour lutter contre le cancer ^{34, 35, 36.} Ici, au lieu de leur destruction, ces cellules sont recrutés en tant que véhicules cellulaires pour apporter nanotiges d'or dans une tumeur, par l'exploitation de leur tropisme. Cette perspective exige une conception réfléchie des particules, leur intégration dans les cellules et leur caractérisation. Nous avons…

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