Nanoclusters סינתזה של Immunotargeted מגנטתי plasmonic
Summary
כאן, אנו מתארים פרוטוקול לסינתזה של חלקיקי מגנטים plasmonic עם מומנט מגנטי חזק וספיג חזק קרוב אינפרא אדום (NIR). הפרוטוקול כולל גם נטיית נוגדן לחלקיקים דרך מחצית Fc עבור יישומים ביו שונים הדורשים מיקוד ספציפי מולקולרי.
Abstract
תכונות מגנטיות וplasmonic המשולבים בחלקיק יחיד לספק סינרגיה שהיא יתרון במספר היישומים ביו כוללים שיפור לעומת בשיטות הדמיה magnetomotive רומן, ללכוד בו זמנית וזיהוי של תאים סרטניים במחזור (CTCs), והדמיה מולקולרית multimodal בשילוב עם טיפול photothermal של תאים סרטניים. יישומים אלה עוררו עניין רב בפיתוח פרוטוקולים לסינתזה של חלקיקי מגנטים plasmonic עם הספיגה אופטית באזור הקרוב אינפרא אדום (NIR) ומומנט מגנטי חזק. כאן, אנו מציגים פרוטוקול חדש לסינתזה של חלקיקים היברידיים כזה שמבוסס על שיטת microemulsion שמן במים. התכונה הייחודית של הפרוטוקול המתואר במסמך זה סינתזה של חלקיקי מגנטים plasmonic בגדלים שונים מלוקים עיקריים שיש גם מאפיינים מגנטו plasmonic. גישה זו מניבה חלקיקים עם דן גבוהsity של פונקציות מגנטיות וplasmonic אשר מופצות באופן אחיד לאורך כל חלקיק הנפח. חלקיקים היברידיים יכולים להיות פונקציונליות בקלות על ידי הצמדת נוגדנים דרך מחצית Fc עוזב את חלק Fab כי הוא אחראי לאנטיגן מחייב זמין למיקוד.
Introduction
חלקיקים היברידיים המורכב מחומרים שונים בעלי תכונות physicochemical שונות יכולים לפתוח הזדמנויות חדשות ביישומים ביו כולל הדמיה multimodal מולקולרית, משלוח טיפול וניטור, הקרנה חדשה ומבחני אבחון 1-3. השילוב של תכונות plasmonic והמגנטיות בחלקיק בודד הוא עניין מיוחד משום שהוא מספק חתכים חזקים מאוד פיזור אור וקליטה הקשורים לתהודות plasmon והיענות לשדה מגנטי. לדוגמא, חלקיקים מגנטו plasmonic שמשו להגדלת ניגוד בהדמיה כהה תחום התאים שכותרתו על ידי יישום אפנון אות זמני באמצעות אלקטרומגנט חיצוני 3-5. לאחרונה, עיקרון דומה יושם בפיתוח של שיטה חדשה הדמיה – הדמיה מגנטה photoacoustic, שבו חלקיקים מגנטו plasmonic יאפשר שיפורים גדולים בניגוד ועכברוש אות לרקעio 6,7. כמו כן, הראה כי חלקיקים היברידיים יכולים לשמש ללכידה וזיהוי של תאים סרטניים במחזור דם כולו וin vivo 8,9 בו זמנית. יתר על כן, חלקיקים מגנטו plasmonic מבטיחים סוכני theranostic אשר יכול לשמש להדמיה אופטית וMR ספציפי מולקולרית בשילוב עם טיפול photothermal של תאי סרטן 10.
מספר גישות נחקרו לסינתזה של חלקיקי מגנטים plasmonic. לדוגמא, יו et al. פירוק וחמצון של Fe (CO) מנוצל 5 על חלקיקי זהב כדי ליצור Au-Fe 3 O 4 חלקיקי bifunctional כמו משקולת-11. וואנג et al. יש מסונתז חלקיק תחמוצת ברזל מצופה זהב בשיטה פירוק תרמי 12. כמה גישות אחרות מסתמכות על מולקולות תפקודיות פולימר ציפוי או אמין על חלקיקי ליבה מגנטיים ואחריו בתצהיר של agפגז ישן על גבי משטח הפולימר ליצור היברידי חלקיקי 7,13. בנוסף, חלקיקי תחמוצת הברזל הוצמדו לnanorods זהב באמצעות אינטראקציות אלקטרוסטטיות או תגובה כימית 14,15. למרות שגישות אלו יניבו ננו מגנט plasmonic, הם מתפשרים לכמה מאפיינים במידה של שילוב מגנט plasmonic כגון הספיגה אופטית בחלון קרוב אינפרא אדום (NIR) או מומנט מגנטי חזק אשר שניהם רצויים מאוד ביישומים ביו. לדוגמא, יש לי משקולת Au-Fe 3 O 4 חלקיקים לשיא תהודת plasmon ב520 ננומטר אשר מגביל השירות שלהם in vivo עקב עכירות רקמה גבוהות בטווח הספקטרום הזה. יתר על כן, חלקיקים מגנטו plasmonic מיוצרים על ידי פרוטוקולים הנוכחיים מוגבלים רק אחד 11 או כמה (פחות מ -10) 14,15 moieties פאראמגנטי (למשל, חלקיקי תחמוצת ברזל) שהוא פחות באופן משמעותי מיכול להיות ACHieved בnanostructure צפוף. לדוגמא, חלקיק כדורי 60 קוטר ננומטר צפוף יכול להכיל על סדר אלף של 6 חלקיקי פאראמגנטי ננומטר. לכן, יש חדר גדול לשיפור תכונות מגנטיות של חלקיקים היברידיים. יתר על כן, חלק מהפרוטוקולים שתוארו לעיל הם יחסית מורכב ודורש אופטימיזציה זהירה על מנת להימנע מהצטברות של חלקיקים במהלך הסינתזה 14,15.
כאן, אנו מתארים פרוטוקול לסינתזה של חלקיקי מגנטים plasmonic עם מומנט מגנטי חזק וספיגת NIR חזקה המתייחסת מגבלות עיקריות של האמנות העכשווית. יש סינתזת מקורו בשיטת microemulsion נפט במים 16. הוא מבוסס על הרכבה של חלקיקים בגודל רצוי מחלקיקים יסודיים הרבה יותר קטנים. גישה זו שמשה בהצלחה לייצר ננו מחומר אחד, כגון זהב, תחמוצת ברזל, ופרי של מוליכים למחצהmary חלקיקי 16. הרחבנו אותו לסינתזה של חלקיקי מגנטים plasmonic על ידי, ראשון, מה שהופך את חלקיקי ליבת תחמוצת פגז בקוטר זהב 6 ננומטר / ברזל ו, אז, הרכבת החלקיקים היברידיים העיקריים לnanostructure הכדורי הסופי. הרכבת חלקיקים עיקריים לnanoclusters לא רק מאפשר שיפור התכונות של חלקיקים המרכיבים את, כגון השגת מומנט מגנטי חזק יותר תוך שמירה על מאפייני פאראמגנטי, אלא גם מנצל את האינטראקציות בין חלקיקים בודדים ובכך ליצור מאפיינים חדשים נעדרו מהחלקיקים המרכיבים את, כגון חזק הספיגה אופטית בחלון NIR. פרוטוקול זה מניב חלקיקים היברידיים עם צפיפות גבוהה של פונקציות מגנטיות וplasmonic. לאחר חלקיקים ראשוניים synthetized, השיטה שלנו היא למעשה תגובה בסיר אחד פשוט. כוח תהודת plasmon הכולל והמומנט מגנטי נקבעים על ידי מספר החלקיקים יסודיים ו, therefore, יכול להיות מותאם בקלות בהתאם ליישום. יתר על כן, אנחנו גם פיתחנו הליך לנטיית נוגדן לחלקיקים היברידיים עבור יישומים ביו שונים הדורשים מיקוד ספציפי מולקולרי. נוגדנים מחוברים דרך מחצית Fc עוזב את חלק Fab כי הוא אחראי לאנטיגן מחייב זמין למיקוד.
Protocol
Representative Results
Discussion
שלבים קריטיים בסינתזה מוצלחת של nanoclusters מגנט plasmonic כוללים ביצוע חלקיקי זהב העיקרי monodispersed מאוד פגז / ברזל ליבת תחמוצת ובימוי הרכבה עצמית של החלקיקים היסודיים לnanoclusters. יחס טוחנת בין החלקיקים וחומרים פעילי השטח העיקריים לשחק תפקיד חשוב בקביעת התפלגות גודל של nanoclusters….
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה בחלקו על ידי מענקי NIH R01 EB008101 וR01 CA103830.
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 |
Referências
- Bigall, N. C., Parak, W. J., Dorfs, D. Fluorescent, magnetic and plasmonic—Hybrid multifunctional colloidal nano objects. Nano Today. 7, 282-296 (2012).
- Gautier, J., Allard-Vannier, E., Herve-Aubert, K., Souce, M., Chourpa, I. Design strategies of hybrid metallic nanoparticles for theragnostic applications. Nanotechnology. 24, 432002 (2013).
- Wei, Q., Wei, A. Optical imaging with dynamic contrast agents. Química. 17, 1080-1091 (2011).
- Aaron, J. S., et al. Increased optical contrast in imaging of epidermal growth factor receptor using magnetically actuated hybrid gold/iron oxide nanoparticles. Optics express. 14, 12930-12943 (2006).
- Song, H. -. M., Wei, Q., Ong, Q. K., Wei, A. Plasmon-resonant nanoparticles and nanostars with magnetic cores: synthesis and magnetomotive imaging. ACS nano. 4, 5163-5173 (2010).
- Qu, M., et al. Magneto-photo-acoustic imaging. Biomedical optics express. 2, 385-396 (2011).
- Jin, Y., Jia, C., Huang, S. -. W., Donnell O&39, M., Gao, X. Multifunctional nanoparticles as coupled contrast agents. Nature communications. 1, 41 (2010).
- Wu, C. -. H., et al. Versatile Immunomagnetic Nanocarrier Platform for Capturing Cancer Cells. ACS. 7, 8816-8823 (2013).
- Galanzha, E. I., et al. In vivo magnetic enrichment and multiplex photoacoustic detection of circulating tumour cells. Nature nanotechnology. 4, 855-860 (2009).
- Larson, T. A., Bankson, J., Aaron, J., Sokolov, K. Hybrid plasmonic magnetic nanoparticles as molecular specific agents for MRI/optical imaging and photothermal therapy of cancer cells. Nanotechnology. 18, 325101 (2007).
- Yu, H., et al. Dumbbell-like bifunctional Au-Fe3O4 nanoparticles. Nano letters. 5, 379-382 (2005).
- Wang, L., et al. Monodispersed core-shell Fe3O4@Au nanoparticles. The journal of physical chemistry. B. 109, 21593-21601 (2005).
- Wang, H., Brandl, D. W., Le, F., Nordlander, P., Halas, N. J. Nanorice: a hybrid plasmonic nanostructure. Nano letters. 6, 827-832 (2006).
- Hu, X., et al. Trapping and Photoacoustic Detection of CTCs at the Single Cell per Milliliter Level with Magneto‐Optical Coupled Nanoparticles. Small. 9, 2046-2052 (2013).
- Truby, R. L., Emelianov, S. Y., Homan, K. A. Ligand-mediated self-assembly of hybrid plasmonic and superparamagnetic nanostructures. Langmuir. 29, 2465-2470 (2013).
- Bai, F., et al. A Versatile Bottom‐up Assembly Approach to Colloidal Spheres from Nanocrystals. Angewandte Chemie International Edition. 46, 6650-6653 (2007).
