Синтез Immunotargeted Магнето-плазмонное Нанокластеры

Summary

Здесь мы опишем протокол для синтеза магнитооптических плазмонное наночастиц с сильным магнитным моментом и сильным ближней инфракрасной (NIR) оптической плотности. Протокол также включает антитела сопряжение с наночастицами через фрагмента Fc для различных биомедицинских применений, которые требуют молекулярную специфическое нацеливание.

Abstract

Магнитные и плазмонных свойства в сочетании в одном наночастицы обеспечивают синергию, которая выгодно в ряде биомедицинских приложений, включая контрастным усилением в новых магнитодвижущих методов визуализации, одновременного захвата и обнаружения циркулирующих опухолевых клеток (ЦОК), и мультимодальных молекулярной визуализации в сочетании с фототермической терапии раковых клеток. Эти приложения стимулировали значительный интерес к разработке протоколов для синтеза магнитооптических плазмонное наночастиц с оптическим поглощением в ближней инфракрасной (NIR) области и сильного магнитного момента. Здесь мы представляем новый протокол для синтеза таких гибридных наночастиц, основанный на методе микроэмульсии масло-в-воде. Уникальная особенность протокола, описанного здесь является синтез магнито-плазмонное наночастиц разного размера из первичных блоков, которые также имеют магнитно-плазмонных характеристики. Такой подход позволяет получить наночастицы с высокой денплотность магнитного и плазмонных функциональных возможностей, которые равномерно распределены по всему объему наночастиц. Гибридные наночастицы могут быть легко функционализованный путем присоединения антител через фрагмента Fc оставляя часть Fab, который отвечает за связывание антигена доступные для таргетинга.

Introduction

Гибридный наночастицы, состоящие из различных материалов с различными физико-химическими свойствами может открыть новые возможности в биомедицинских приложениях, включая мультимодальный молекулярной визуализации, доставка терапии и мониторинга, новой скрининга и диагностических тестов ^1-3. Сочетание плазмонных и магнитных свойств в одиночной наночастицы представляет особый интерес, поскольку она обеспечивает очень сильные рассеяния и поглощения света сечения, связанные с плазмонных резонансов и отзывчивость к магнитному полю. Например, магнито-плазмонных наночастиц были использованы для увеличения контрастности в темном поле визуализации меченых клеток путем применения временной модуляции сигнала с помощью внешнего электромагнита ^3-5. Совсем недавно, аналогичный принцип был применен в разработке нового изображения модальности – магнито-ФА изображений, где магнито-плазмонное наночастицы позволят большие усовершенствования контрастности и сигнал-фон крысыIO ^6,7. Было также показано, что гибридные наночастицы могут быть использованы для одновременного захвата и обнаружения циркулирующих опухолевых клеток в цельной крови и в естественных ^8,9. Кроме того, магнито-плазмонных наночастицы являются перспективными theranostic агенты, которые могут быть использованы для молекулярной конкретной оптической и МР-томографии в сочетании с фототермической терапии раковых клеток ^10.

Несколько подходов были изучены для синтеза магнитооптических плазмонное наночастиц. Например, Ю. и соавт. Использовали разложения и окисления Fe (CO) ₅ на золотых наночастиц с образованием гантелевидные бифункциональные Au-Fe ₃ O ₄ наночастиц ^11. Ван и др. Синтезировали с золотым покрытием железа наночастиц оксида с помощью метода термического разложения ^12. Некоторые другие подходы опираются на полимерным покрытием или аминов функциональных молекул на магнитных основных наночастиц с последующим осаждением AGстарый оболочки на полимерной поверхности, чтобы создать гибрид частиц ^7,13. Кроме того, наночастицы оксида железа были прикреплены к золотых наностержней с помощью электростатических взаимодействий или химической реакции ^14,15. Хотя эти подходы дают магнито-плазмонных наноструктур, они ставят под угрозу в некоторой степени свойства магнито-плазмонное комбинации, такие как оптический поглощения в ближней инфракрасной окне (NIR) или сильного магнитного момента оба из которых являются весьма желательно в биомедицинских применений. Например, гантели Au-Fe ₃ O ₄ наночастицы имеют плазмонного резонанса пик при 520 нм, что ограничивает их применение в естественных условиях в связи с высокой мутности ткани в этой области спектра. Кроме того, магнитооптические плазмонный наночастицы, полученные текущих протоколов ограничиваются только одного или нескольких ¹¹ (менее 10) ^14,15 суперпарамагнитных фрагменты (например, наночастиц оксида железа), что значительно меньше, чем можно было бы ACHieved в плотно упакованной наноструктуры. Например, плотно упакованный диаметр 60 нм сферические наночастицы могут содержать порядка тысячи 6 нм суперпарамагнит- наночастиц. Поэтому, есть большая комната для улучшения магнитных свойств гибридных наночастиц. Кроме того, некоторые из описанных выше протоколов являются относительно сложными и требуют тщательной оптимизации, чтобы избежать агрегации частиц в процессе синтеза ^14,15.

Здесь мы опишем протокол для синтеза магнитооптических плазмонное наночастиц с сильным магнитным моментом и сильным NIR поглощения, что рассматриваются важнейшие ограничения текущего искусства. Синтез имеет свои истоки в масло-в-воде методом микроэмульсионной ^16. Он основан на сборке наночастиц нужного размера из гораздо меньшего первичных частиц. Этот подход был успешно использован для получения наноструктур из одного материала, такие как золото, оксид железа, и полупроводниковой PRIМэри частиц ^16. Мы расширили его синтеза магнито-плазмонный наночастиц, прежде всего, что делает сердцевину из оксида частиц 6 нм Диаметр золотой оболочки / железа и, затем, монтаж первичные гибридных частиц в конечном сферической наноструктуры. Сборка первичные частицы в нанокластеров не только позволяет повысить свойства составных наночастиц, таких как обеспечение более тесных магнитный момент при сохранении суперпарамагнитные свойства, но также использует преимущества взаимодействия между отдельными наночастицами создавая тем самым новые характеристики, отсутствующие из учредительных наночастиц, такие как сильный оптического поглощения в окне NIR. Этот протокол дает гибридных наночастиц с высокой плотностью магнитного и плазмонных функциональных возможностей. После первичные частицы синтезируются, наш метод по сути является простая реакция однореакторный. В целом прочность плазмонного резонанса и магнитный момент определяется число первичных частиц и имеет такие дополнительныеEfore, легко можно оптимизировать в зависимости от приложения. Кроме того, мы также разработали процедуру для антител сопряжения для гибридных наночастиц для различных биомедицинских приложений, которые требуют молекулярную специальными программами. Антитела прикрепляются через фрагмента Fc оставляя часть Fab, который отвечает за связывание антигена доступные для таргетинга.

Protocol

1.-измерительные приборы и стеклянная посуда Подготовка Использовать подходящую защитную одежду, то есть халат, одноразовые перчатки и защитные очки. Подключение круглодонную колбу с конденсатором и погружают ее в ванну силиконового масла с контролем температуры с по?…

Representative Results

Схема синтеза immunotargeted магнито-плазмонное нанокластеров показано на рисунке 2. Впервые, магнитные Fe 3 O 4 наночастицы оксида железа синтезируются с помощью метода термического разложения. Затем тонкий около 1 нм золотой оболочки осаждают на железный сердечник о?…

Discussion

Критические шаги в успешной синтеза магнитооптических плазмонное нанокластеров включают создание высоко монодисперсных первичной золотые оболочки / с железным сердечником наночастиц оксида и направляя самосборку первичных частиц в нанокластеров. Молярное соотношение между первич…

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