Solubilisatie en Bio-vervoeging van Quantum Dots en bacteriële toxiciteit Testen door de groeicurve en Kiemgetal
Summary
Nanodeeltjes zoals halfgeleidende kwantumdots (QD) kan worden fotoactiveerbare middelen maken voor anti-microbiële of anti-kanker toepassingen. Deze techniek laat zien hoe water-oplosbaar te cadmium (CdTe) QDs, vervoegen ze een antibioticum, en het uitvoeren van een bacteriële remming test op basis van groeicurven en kiemgetal.
Abstract
Quantum dots (QD's) zijn fluorescerende halfgeleider nanodeeltjes met de grootte-afhankelijke emissie spectra die kan worden opgewekt door een ruime keuze van golflengten. QD's hebben aangetrokken veel belangstelling voor de beeldvorming, diagnostiek en therapie door hun heldere, stabiele fluorescentie 1,2 3,4,5. QD kunnen worden geconjugeerd aan een verscheidenheid van biologisch actieve moleculen binden aan bacteriën en zoogdiercellen 6.
QD's zijn ook op grote schaal onderzocht als cytotoxische middelen voor gerichte doden van bacteriën. De opkomst van vermenigvuldigen-resistente bacteriestammen wordt steeds meer een bedreiging van de volksgezondheid, met name in het geval van Gram-negatieve pathogenen 7. Door de bekende antimicrobiële werking van bepaalde nanomaterialen vooral Ag, zijn er honderden van studies naar de toxiciteit van nanodeeltjes bacteriën 8. Bacteriële studies werden uitgevoerd met andere halfgeleider nanodeeltjes en, especially TiO 2 9,10-11, maar ook ZnO 12 en anderen, waaronder CuO 13. Sommige vergelijkingen van bacteriële stammen zijn uitgevoerd in deze studies, meestal het vergelijken van een Gram-negatieve stam met een Gram positief. Met al deze deeltjes worden toxiciteitsmechanismen toegeschreven aan de oxidatie: ofwel photogeneration van reactieve zuurstofspecies (ROS) van de deeltjes of de directe afgifte van metaalionen dat oxidatieve toxiciteit kan veroorzaken. Zelfs met deze materialen, resultaten van verschillende studies variëren sterk. In sommige studies de Gram positieve test stam is naar verluidt gevoeliger dan de Gram-negatieve 10, in andere gevallen is het tegenovergestelde 14. Deze studies zijn goed beoordeeld 15.
In alle nanodeeltje studies, kunnen deeltjes samenstelling, grootte, oppervlakte chemie, staal ouder / afbraak, en de golflengte, de kracht en de duur van de blootstelling aan het licht alle dramatische invloed op de resultaten. Bovendien synthesis bijproducten en oplosmiddelen worden beschouwd 16 17. Hoge doorvoer screen technieken nodig kunnen nieuwe effectieve nanomedicine middelen te ontwikkelen.
CdTe QDs hebben anti-microbiële effecten alleen 18 of in combinatie met antibiotica. In een eerdere studie hebben we aangetoond dat het koppelen van antibiotica om CdTe kan toxiciteit te vergroten om bacteriën te verminderen, maar de toxiciteit voor zoogdiercellen, als gevolg van verminderde productie van reactieve zuurstof soorten uit de conjugaten 19. Hoewel het onwaarschijnlijk dat cadmium verbindingen worden goedgekeurd voor gebruik bij mensen, kunnen dergelijke preparaten gebruikt worden voor het desinfecteren of steriliseren van oppervlakken van water.
In dit protocol geven we een eenvoudige benadering van de oplosbaar CdTe QDs met mercaptopropionzuur (MPA). De QD's zijn klaar voor gebruik binnen een uur. Daarna demonstreren gekoppeld met een antimicrobieel middel.
Het tweede deel van het protocolgeeft blijk van een 96-wells bacteriële remming test met behulp van de geconjugeerde en niet-geconjugeerde QD's. De optische dichtheid wordt gelezen gedurende vele uren, waardoor de gevolgen van QD toevoeging en belichting onmiddellijk en geëvalueerd na herstel. We illustreren ook een kolonie tellen voor het kwantificeren van bacteriën overleven.
Protocol
Discussion
Nanodeeltjes vertegenwoordigen een veelbelovende benadering om de schepping van nieuwe antimicrobiële middelen. Groeicurve-analyse is een manier om de bacteriële cel dichtheid die actief-groeiende cellen van de groei-geremd cellen onderscheidt te controleren. In combinatie met plaat telt, het zorgt voor een grondige analyse van het antibioticum potentieel van een conjugaat. De 96-well formaat maakt relatief high-throughput variaties van concentratie en andere aandoeningen, zoals blootstelling aan licht, de laatste is …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd gefinancierd door de NSERC Individuele Discovery-programma, de NSERC / CIHR Collaborative Health Research Program (CHRP), en de NSERC CREATE Canadese Astrobiologie Training Program (CATP).
Materials
| Name | Company | Catalog number | Comments (optional) |
| Borate Buffer Component #1 | Fisher | Boric acid A-74-1 | |
| Borate Buffer Component #2 | Sigma-Aldrich | Sodium Tetraborate B9876 | |
| MPA | Sigma-Aldrich | M5801 | |
| Vivaspin 500 | GE Healthcare | 28-9322 | Various MWCO available |
| Glass vials | Fisher | 03-338C | |
| EDC | Sigma-Aldrich | E6383 | |
| Polymyxin B | Sigma-Aldrich | P1004 | |
| Bacterial growth medium (LB) Component #1 | Fisher | NaCl S271 | |
| Bacterial growth medium (LB) Component #2 | BD | Tryptone 211705 | |
| Bacterial growth medium (LB) Component #3 | BD | Yeast Extract 211929 | |
| Lamp for light exposure | Custom | ||
| Clear-bottom 96-well plates | Fisher | 07-200-567 or 07-200-730 | |
| Fluorescence spectrometer | Molecular Devices | ||
| Absorbance plate reader | Molecular Devices | ||
| BactoAgar for solid media | Bioshop | AGR001.1 | |
| Petri dishes round | Fisher | 08-75-12 | |
| Petri dishes rectangular | Fisher | 08-757-11A |
Referências
- Michalet, X. Quantum dots for live cells, in vivo imaging, and diagnostics. Science. 307, 538-544 (2005).
- Jamieson, T. Biological applications of quantum dots. Biomaterials. 28, 4717-4732 (2007).
- Asokan, S. The use of heat transfer fluids in the synthesis of high-quality CdSe quantum dots, core/shell quantum dots, and quantum rods. Nanotechnology. 16, 2000-2011 (2005).
- Chan, W. C. W. Luminescent quantum dots for multiplexed biological detection and imaging. Curr. Opin. Biotechnol. 13, 40-46 (2002).
- Chan, W. C. W., Nie, S. M. Quantum dot bioconjugates for ultrasensitive nonisotopic detection. Science. 281, 2016-2018 (1998).
- Biju, V., Itoh, T., Ishikawa, M. Delivering quantum dots to cells: bioconjugated quantum dots for targeted and nonspecific extracellular and intracellular imaging. Chem. Soc. Rev. 39, 3031-3056 (2010).
- Boucher, H. W. Bad bugs, no drugs: no ESKAPE! An update from the Infectious Diseases Society of America. Clin. Infect. Dis. 48, 1-12 (2009).
- Morones, J. R. The bactericidal effect of silver nanoparticles. Nanotechnology. 16, 2346-2353 (2005).
- Mitoraj, D. Visible light inactivation of bacteria and fungi by modified titanium dioxide. Photochemical & Photobiological Sciences. 6, 642-648 (2007).
- Fu, G., Vary, P. S., Lin, C. T. Anatase TiO2 nanocomposites for antimicrobial coatings. J. Phys. Chem. B. 109, 8889-8898 (2005).
- Chung, C. J., Lin, H. I., Tsou, H. K., Shi, Z. Y., He, J. L. An antimicrobial TiO2 coating for reducing hospital-acquired infection. J. Biomed. Mater. Res. B. Appl. Biomater. 85, 220-224 (2008).
- Nair, S. Role of size scale of ZnO nanoparticles and microparticles on toxicity toward bacteria and osteoblast cancer cells. J. Mater. Sci. Mater. Med. 20, S235-S241 (2009).
- Heinlaan, M., Ivask, A., Blinova, I., Dubourguier, H. C., Kahru, A. Toxicity of nanosized and bulk ZnO, CuO and TiO2 to bacteria Vibrio fischeri and crustaceans Daphnia magna and Thamnocephalus platyurus. Chemosphere. 71, 1308-1316 (2008).
- Rincon, A. G., Pulgarin, C. Use of coaxial photocatalytic reactor (CAPHORE) in the TiO2 photo-assisted treatment of mixed Escherichia coli and Bacillus subtilis and the bacterial community present in wastewater. Catal. Today. 101, 331-344 (2005).
- Neal, A. L. What can be inferred from bacterium-nanoparticle interactions about the potential consequences of environmental exposure to nanoparticles. Ecotoxicology. 17, 362-371 (2008).
- Kovochich, M. Comparative toxicity of C60 aggregates toward mammalian cells: role of tetrahydrofuran (THF) decomposition. Environ. Sci. Technol. 43, 6378-6384 (2009).
- Hoshino, A. Physicochemical properties and cellular toxicity of nanocrystal quantum dots depend on their surface modification. Nano Letters. 4, 2163-2169 (2004).
- Dumas, E. M., Ozenne, V., Mielke, R. E., Nadeau, J. L. Toxicity of CdTe Quantum Dots in Bacterial Strains. IEEE Trans. NanoBiosci. 8, 58-64 (2009).
- Park, S., Chibli, H., Wong, J., Nadeau, J. L. Antimicrobial activity and cellular toxicity of nanoparticle-polymyxin B conjugates. Nanotechnology. 22, 185101 (2011).
- Cooper, D. R., Dimitrijevic, N. M., Nadeau, J. L. Photosensitization of CdSe/ZnS QDs and reliability of assays for reactive oxygen species production. Nanoscale. 2, 114-121 (2010).
- Pong, B. K., Trout, B. L., Lee, J. Y. Modified ligand-exchange for efficient solubilization of CdSe/ZnS quantum dots in water: A procedure guided by computational studies. Langmuir. 24, 5270-5276 (2008).
- Narayanaswamy, A., Feiner, L. F., Meijerink, A., Zaag, P. J. v. a. n. d. e. r. The effect of temperature and dot size on the spectral properties of colloidal InP/ZnS core-shell quantum dots. Acs Nano. 3, 2539-2546 (2009).
