Photodynamische Therapie mit Blended leitendes Polymer / Fullerene Nanopartikel Photosensibilisatoren
Summary
This protocol describes a method for the fabrication of conducting polymer nanoparticles blended with fullerene. These nanoparticles were investigated for their potential use as a next generation photosensitizers for Photodynamic Therapy (PDT).
Abstract
In this article a method for the fabrication and reproducible in-vitro evaluation of conducting polymer nanoparticles blended with fullerene as the next generation photosensitizers for Photodynamic Therapy (PDT) is reported. The nanoparticles are formed by hydrophobic interaction of the semiconducting polymer MEH-PPV (poly[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene]) with the fullerene PCBM (phenyl-C61-butyric acid methyl ester) in the presence of a non-compatible solvent. MEH-PPV has a high extinction coefficient that leads to high rates of triplet formation, and efficient charge and energy transfer to the fullerene PCBM. The latter processes enhance the efficiency of the PDT system through fullerene assisted triplet and radical formation, and ultrafast deactivation of MEH-PPV excited stated. The results reported here show that this nanoparticle PDT sensitizing system is highly effective and shows unexpected specificity to cancer cell lines.
Introduction
In Photodynamische Therapie (PDT) Photosensitizer verabreicht, um Zielgewebe und bei der Belichtung, um den Photosensibilisator Licht erzeugt reaktive Sauerstoffspezies (ROS). ROS Spezies wie Singulett-Sauerstoff und Superoxid oxidativen Stress und nachfolgende strukturelle Schäden an Zellen und Gewebe 1-4 induzieren. Aufgrund seiner Einfachheit der Anwendung dieser Methode hat sich aktiv untersucht und klinische Studien haben statt 5,6 gemacht. Jedoch erhebliche Probleme wie Dunkeltoxizität der Sensibilisatoren, Patientenlichtempfindlichkeit (aufgrund nicht-selektiven Verteilung des Sensibilisators) und Hydrophobie der Sensibilisatoren (was zu einer verminderten Bioverfügbarkeit und potentielle akute Toxizität führt) bleibt.
Hier berichten wir ein Verfahren für die Herstellung und in-vitro-Bewertung aus leitendem Polymer-Nanopartikel mit Fulleren gemischt als die nächste Generation Photosensibilisatoren für die PDT. Die Nanopartikel durch Selbstaggregation gebildetdas halbleitende Polymer MEH-PPV (Poly [2-methoxy-5- (2-ethylhexyloxy) -1,4-phenylenvinylen]) mit dem Fulleren PCBM (Phenyl-C 61 -buttersäuremethylester), wenn diese Materialien in einem kompatiblen gelösten Lösungsmittel rasch in einem nicht kompatiblen Lösungsmittel (1A) injiziert. Die Wahl der MEH-PPV als Wirtspolymer durch seine hohe Extinktionskoeffizienten, die hohe Triplettbildung führt motiviert und effizient und ultra Ladungs- und Energieübertragung auf das Fulleren PCBM 7. Diese Eigenschaften sind ideal für die Sensibilisierung von Singulett-Sauerstoff und Bildung von Superoxid in PDT.
Fullerene hat in der Tat in der PDT sowohl in molekularen und Nanopartikel-Form 13.08 angewandt. Allerdings hat schwere Zytotoxizität Weiterentwicklung 12 behindert. Hier zeigen wir, dass das Einkapseln der Fulleren in einer Host-Matrix von MEH-PPV, um zusammengesetzte MEH-PPV / PCBM-Nanopartikel zu einer PDT sensibilisierende Material zu ergeben, dass ichs nicht eigen zytotoxische, zeigt Spezifität gegenüber Krebszellen aufgrund von Nanopartikelgröße und Oberflächenladung, und die Renditen sehr effektive PDT-Behandlung bei niedriger Lichtdosen aufgrund der genannten photophysikalischen Eigenschaften.
Protocol
Representative Results
Discussion
Um Nanopartikel-Aufnahme zu erreichen war es notwendig, einige kritische Maßnahmen aufrechtzuerhalten, während der Herstellung der Nanopartikel. A 10 -6 M MEH-PPV-Lösung in THF (50 Gew% gemischt PCBM) hergestellt, in DI-Wasser zu injizieren, wie es beobachtet wurde, dass die Konzentration der Lösung spielt eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Größe von Nanopartikeln gebildet wird. Konzentration wurde durch UV-vis-Spektroskopie überprüft. Man beachte, dass in Schritt 2.1.3 Protokoll war es notwen…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors gratefully acknowledge the National Science Foundation (NSF) for financial support of this work through a CAREER award (CBET-0746210) and through award CBET-1159500. We would like to thank Dr. Turkson (Univ. of Hawaii Cancer Center) and Dr. Altomare (Univ. of Central Florida College of Medicine) for assistance with cell culture.
Materials
| Poly[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene] (MEH-PPV) | Sigma Aidrich | 536512-1G | average Mn 150,000-250,000 |
| [6,6]-Phenyl C61 butyric acid methyl ester (PCBM) | Sigma Aidrich | 684449-500MG | > 99.5% |
| Tetrahydrofuran (THF) | EMD | TX0284-6 | Drisolv |
| 1 ml syringe | National Scientific Company | 37510-1 | For filtration of MEH-PPV solution |
| Syringe filter | VWR | 28145-495 | 25 mm, 0.2 µm, PTFE |
| 1 ml syringe | Hamilton Company | 81320 | For injection of MEH-PPV solution into water to make nanoparticles |
| Dulbecco's Modification of Eagle's Medium/Ham's F-12 50/50 Mix (DMEM) | Corning (VWR) | 45000-350 | |
| Hank's Balanced Salt Solution without phenol red (HBSS) | Quality Biological (VWR) | 10128-740 | |
| Dulbecco's Phosphate-Buffered Saline, 1X without calcium and magnesium (DPBS) | Corning (VWR) | 45000-436 | |
| Fetal Bovine Serum, Regular (Heat Inactivated) (FBS) | Corning (VWR) | 45000-736 | |
| Trypsin EDTA 1X 0.25% | Corning (VWR) | 45000-664 | Trypsin/2.21 mM EDTA in HBSS without sodium bicarbonate, calcium and magnesium Porcine Parvovirus Tested |
| 16% Paraformaldehyde | Electron Microscopy Sciences | 15710 | 16% paraformaldehyde is diluted to 4% by adding PBS |
| DAPI | Biotium VWR | 89139-054 | Nuclear stain |
| 5 ml pipettes | VWR | 82050-478 | |
| 75 cm2 culture flask | VWR | 82050-856 | for culturing cells |
| 96-well plates | VWR | 82050-771 | for MTT assays |
| Tissue Culture Dishes with Vents | Greiner Bio-One (VWR) | 82050-538 | |
| Propidium iodide | Molecular probes | P3566 | |
| Annexin V FITC | Invitrogen | A13199 | dye for apoptosis |
| Celltiter 96 non-R 1000 assays | Promega (VWR) | PAG4000 | MTT |
| CellROX Green Reagent, for oxidative stress detection | Invitrogen | C10444 | For ROS detection |
| UV-vis spectrometer | Agilent 8453 | ||
| Fluorescence spectrometer | NanoLog HoribaJobin Yvon | ||
| Dynamic light scattering | PD2000DLS, Precision detector | ||
| Incubator | NuAir DH Autoflow | ||
| Confocal microscope | Zeiss Axioskop2 | 63X oil immersion objective lens | |
| Epiluminescence microscope | Olympus IX71 | 60X water immersion objective lens, Andor Zyla sCMOS camera | |
| Solar Simulator | Newport 67005 Oriel Instruments | ||
| Reference solar cell | Oriel | VLSI Standards Incorporated | |
| Microplate reader | BioTek Ex808 | ||
| Hemocytometer | Hausser Scientific Partnership | 3200 | For counting cells |
Referências
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