Karma Polimer / Fulleren Nanopartikül photosensitizers Şefliği ile Fotodinamik Tedavi
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
Fotodinamik Terapi (PDT) photosensitizers hedef dokuya uygulanır ve foto ışığa maruz kaldığında reaktif oksijen türlerinin (ROS) oluşturur. Böyle tekli oksijen ve süperoksit olarak ROS türleri oksidatif stres, hücre ve dokuların 1-4 sonraki yapısal hasara neden olabilir. Nedeniyle uygulama kolaylığı için bu yöntem etkin incelenmiş ve klinik çalışmalar yer 5,6 almış. Bununla birlikte, bu (azalmış biyolojik ve potansiyel akut toksisite yol açar) hassaslaştırıcı karanlık hassaslaştırıcıların toksisitesi, gün ışığına (nedeniyle hassasiyetini seçici olmayan dağılıma), hastanın duyarlılığı ve hidrofobiklik kadar önemli sorunlar devam ediyor.
Burada fabrikasyon ve in-vitro PDT için yeni nesil ışığa olarak fullerenin ile harmanlanmış polimer nanopartiküller yapma değerlendirilmesi bir yöntem sunduk. Nanopartiküllerin kendiliğinden agregasyon oluşturulmaktadıriletken polimerin MEH-PPV (poli [2-metoksi-5- (2-etilheksiloksi) -1,4-fenilenvinilen]) bu malzemelerin uyumlu içinde çözüldü fulleren PCBM (fenil-Cı-61 -bütirik asit metil ester) ile Çözücü hızlı olmayan bir uygun bir solvent (Şekil 1A) içine enjekte edilir. Ev sahibi polimer olarak MEH-PPV seçimi üçlü oluşumu yüksek oranda neden yüksek sönme katsayısı ile motive ve fulleren PCBM 7 verimli ve ultra hızlı şarj ve enerji transferi hem edilir. Bu özellikler tekli oksijen ve FDT süperoksit oluşumunun duyarlılık için idealdir.
Fulleren aslında hem moleküler ve nanoparçacık formunda 8-13 yılında PDT uygulanmıştır. Ancak, şiddetli sitotoksisite daha da geliştirilmesi 12 engelliyordu. Burada MEH-PPV bir dizi matrisi içinde fulleren kapsülleme bir PDT hassaslaştırıcı malzemesi kompozit MEH-PPV / PCBM nanopartiküller sonuçlar bu gösteriyor ki iözünde sitotoksik değil nedeniyle yukarıda belirtilen Fotofiziksel özelliklerine kanser nanoparçacık büyüklüğüne ve yüzey yükü nedeniyle hücreler ve düşük ışık dozlarda verimleri oldukça etkili PDT tedavisi doğru özgüllük gösterir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nanopartiküller imalatı sırasında nanoparçacık alımını sağlamak için bazı kritik önlemler korumak için gerekli oldu. Bu solüsyonun konsantrasyonu oluşturulmuştur nanopartiküllerin büyüklüğü belirlemede önemli bir rol oynadığı görülmüştür gibi THF (ağırlıkça% 50 PCBM ile harmanlanmış) bir 10 -6 M MEH-PPV çözelti DI su içine enjekte etmek için hazırlanmıştır. Konsantrasyon UV-vis spektroskopi ile kontrol edilmiştir. Protokol aşamasında olduğunu ilk bu çözümü…
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
- Dolmans, D., Fukumura, D., Jain, R. K. Photodynamic therapy for cancer. Nat Rev Cancer. 3 (5), 380-387 (2003).
- Dougherty, T. J., et al. Photodynamic therapy. J Natl Cancer Inst. 90 (12), 889-905 (1998).
- Ferrari, M. Cancer nanotechnology: Opportunities and challenges. Nat Rev Cancer. 5 (3), 161-171 (2005).
- Oleinick, N. L., Morris, R. L., Belichenko, T. The role of apoptosis in response to photodynamic therapy: what, where, why, and how. Photochem Photobiol Sci. 1 (1), 1-21 (2002).
- Ormond, A., Freeman, H. Dye Sensitizers for Photodynamic Therapy. Materials. 6 (3), 817-840 (2013).
- Pass, H. I. Photodynamic Therapy in Oncology – Mechanisms and Clinical Use. J Natl Cancer Inst. 85 (6), 443-456 (1993).
- Sariciftci, N. S., Smilowitz, L., Heeger, A. J., Wudl, F. Photoinduced electron transfer from a conducting polymer to buckminsterfullerene. Science. 258 (5087), 1474-1476 (1992).
- Sperandio, F. F., et al. Photoinduced electron-transfer mechanisms for radical-enhanced photodynamic therapy mediated by water-soluble decacationic C-70 and C84O2 Fullerene Derivatives. Nanomed-Nanotechnol. 9 (4), 570-579 (2013).
- Fan, J. Q., Fang, G., Zeng, F., Wang, X. D., Wu, S. Z. Water-Dispersible Fullerene Aggregates as a Targeted Anticancer Prodrug with both Chemo- and Photodynamic Therapeutic Actions. Small. 9 (4), 613-621 (2013).
- Grynyuk, I., et al. Photoexcited fullerene C-60 disturbs prooxidant-antioxidant balance in leukemic L1210 cells. Materialwiss Werkstofftech. 44 (2-3), 139-143 (2013).
- Liu, X. M., et al. Separately doped upconversion-C-60 nanoplatform for NIR imaging-guided photodynamic therapy of cancer cells. Chem Commun. 49 (31), 3224-3226 (2013).
- Trpkovic, A., Todorovic-Markovic, B., Trajkovic, V. Toxicity of pristine versus functionalized fullerenes: mechanisms of cell damage and the role of oxidative stress. Arch Toxicol. 86 (12), 1809-1827 (2012).
- Chen, Z. Y., MA, L. J., Liu, Y., Chen, C. Y. Applications of Functionalized Fullerenes in Tumor Theranostics. Theranostics. 2 (3), 238-250 (2012).
- Park, S. H., et al. Bulk heterojunction solar cells with internal quantum efficiency approaching 100%. Nat Photonics. 3 (5), 297-302 (2009).
