We show the preparation and address the feasibility of cellular vehicles containing gold nanorods for the photoacoustic imaging of cancer.
nanorods ouro são atraentes para uma variedade de aplicações biomédicas, tais como a ablação fototérmico e a imagiologia de cancro fotoacústica, graças à sua intensa absorvância óptica na janela de infravermelho próximo, de baixa toxicidade e potencial de repouso em tumores. No entanto, a sua entrega aos tumores continua a ser um problema. Uma abordagem inovadora consiste no aproveitamento do tropismo de macrófagos associados a tumores que podem ser carregados com ouro nanorods in vitro. Aqui, descrevemos a preparação ea inspeção fotoacústica de veículos celulares contendo nanobastões de ouro. nanorods ouro PEGilados são modificados com compostos quaternários de amónio, a fim de alcançar um perfil catiónico. Em contacto com macrófagos murinos em pratos de Petri normais, estas partículas encontram-se submeter a absorção maciça em vesículas endocíticas. Em seguida, estas células são incorporadas em hidrogéis biopolimêricos, que são usadas para verificar que a estabilidade da conversão fotoacústicadas partículas é retido na sua inclusão em veículos celulares. Estamos confiantes de que estes resultados podem fornecer uma nova inspiração para o desenvolvimento de novas estratégias para entregar partículas plasmonic a tumores.
Durante a última década, várias partículas plasmonic como nanobastões de ouro, nanoshells e nanocages, têm recebido uma atenção considerável para aplicações em óptica biomédica 1, 2, 3, 4. Em desacordo com nanoesferas de ouro padrão, estas partículas mais recentes ressoam na janela do infravermelho próximo (NIR), que prevê mais profunda penetração óptica através do corpo e maior contraste óptico mais componentes endógenos 1. Este recurso tem despertado interesse para aplicações inovadoras, tais como a fotoacústica (PA) de imagem e a ablação fototérmica de câncer. No entanto, vários problemas restringir a penetração clínica destas partículas. Por exemplo, a sua activação óptico tende a induzir o seu sobreaquecimento e modificar suas formas funcionais para com perfis mais esféricas, que dirige um photoinstability 5, 6, 7, 8 </sup>, 9. Outra questão que domina o debate científico é a sua entrega sistémica em tumores. Em particular, nanobastões de ouro combinam tamanhos que são ideais para permear tumores que exibem permeabilidade aumentada e retenção e facilidade de conjugação com sondas específicas de marcadores malignas. Portanto, a sua preparação para uma injecção directa na corrente sanguínea é percebida como um sistema viável 10, 11, 12, 13. No entanto, este procedimento continua a ser problemática, com a maioria das partículas tornar-se capturado pelo sistema de fagócitos mononucleares 10, 11, 12. Além disso, outra preocupação é a estabilidade óptica e bioquímica das partículas após a circulação através do corpo 14. Quando as partículas perdem sua estabilidade coloidal e agregados, as suas características plasmonic e dinâmicas de transferência de calor pode sofrer de acoplamento plasmonic 15, </s-se> 16, 17 e cross-superaquecimento 18.
Mais recentemente, a noção de explorar o tropismo de macrófagos associados a tumores emergiu como uma alternativa inteligente 19, 20, 21. Estas células manter uma capacidade inata para detectar e permeiam tumores com alta especificidade. Portanto, uma das perspectivas pode ser a de isolar essas células de um paciente, carregá-los com nanobastões de ouro in vitro e depois injetá-las de volta para o paciente, com a intenção de usá-los como veículos celulares responsáveis pela entrega. Outra vantagem seria a ganhar mais controle sobre a estabilidade óptica e bioquímica das partículas, por causa de sua interface biológica seria construída in vitro. Ainda assim, os desempenhos destes veículos celulares como agentes de contraste óptico precisa de uma análise crítica.
Neste trabalho, nós descrevemos a preparação e questões críticas de Cellulveículos AR contendo nanobastões de ouro para a imagem PA de câncer. Nanorods ouro PEGilados são modificados com compostos de amónio quaternário 22, a fim de obter um perfil de catiónico que é esperado para promover as suas interacções com membranas plasmáticas 23, 24. Estas partículas passam por absorção eficiente e inespecífica da maioria dos tipos celulares, esperançosamente sem interferir muito com as suas funções biológicas. macrófagos murinos são carregados com até um máximo de 200, 000 nanobastões de ouro catiônicos por célula, que se tornam situam no interior de vesículas de endocitose apertados. Esta configuração deve surgir preocupação, por causa da ameaça de acoplamento plasmonic e cross-sobreaquecimento dentro destas vesículas. Portanto, os macrófagos são incorporados em hidrogéis biopolimêricos que imitam tecidos biológicos, a fim de verificar que a maior parte da estabilidade do PA conversão das partículas é retido na transferência do meio de crescimento para as vesículas endocíticas. effectivcritérios de medição e são trabalhados, a fim de medir a estabilidade da conversão PA em condições de interesse imediato para a imagem latente PA. Um limiar remodelar está configurado bem no início da instabilidade óptica após um trem de 50 pulsos de laser com a taxa de repetição típico de 10 Hz.
Estamos confiantes de que estes resultados podem dar um impulso para o desenvolvimento de novas estratégias para entregar partículas plasmonic a tumores.
A noção alvejar macrófagos associados a tumores está a emergir como um conceito poderoso para combater o câncer 34, 35, 36. Aqui, em vez de sua destruição, essas células são recrutados como veículos celulares para trazer nanobastões de ouro em um tumor, pela exploração do seu tropismo. Esta perspectiva requer um design inteligente das partículas, a sua integração nas células e sua caracterização. Verificou-se que a fotoestabilidade de macrófagos …
The authors have nothing to disclose.
Este trabalho foi parcialmente apoiado pela Regione Toscana e da Comunidade Europeia no quadro da bolha ERANET + Projetos LUS e BI-TRE.
Hexadecyltrimethylammonium bromide | Sigma-Aldrich | H6269 | To synthesize gold nanorods |
Gold(III) chloride trihydrate | Sigma-Aldrich | 520918 | To synthesize gold nanorods |
Silver nitrate | Sigma-Aldrich | S6506 | To synthesize gold nanorods |
L-ascorbic acid | Sigma-Aldrich | A5960 | To synthesize gold nanorods |
Sodium borohydride | Sigma-Aldrich | To synthesize gold nanoseeds | |
MeO-PEG-SH | Iris Biotech | PEG1171 | To PEGylate gold nanorods. Molecular weight about 5,000 Da |
Acetic acid | Sigma-Aldrich | 320099 | To PEGylate gold nanorods and solubilize chitosan |
Sodium acetate | Sigma-Aldrich | S8750 | To PEGylate gold nanorods |
(11-Mercaptoundecyl)-N,N,N-trimethylammonium bromide | Sigma-Aldrich | 733305 | To modify gold nanorods with quaternary ammonium compounds |
Dimethyl sulfoxide | Sigma-Aldrich | 276855 | To solubilize (11-mercaptoundecyl)-N,N,N-trimethylammonium bromide |
Polysorbate 20 | Sigma-Aldrich | P2287 | To centrifuge PEGylated gold nanorods |
PBS | Lonza | BE17-516F | To suspend gold nanorods before incubation with cells and to treat pellets of cells |
J774a.1 | ATCC | TIB-67 | Monocyte/macrophage murine cell line |
DMEM | Lonza | BE12-707F | Cell culture medium |
FBS | Lonza | DE14-801F | To be added to cell culture medium |
L-glutamine | Lonza | BE17-605E | To be added to cell culture medium |
Penicillin/streptomycin | Lonza | DE17-602E | To be added to cell culture medium |
Petri dish | NEST | 705001 | Cell culture dish |
Cell scraper | EuroClone | ES7018 | To detach cells |
Formaldehyde | Fluka | 47630 | To fix cells |
Chitosan, low molecular weight | Sigma-Aldrich | 448869 | 75-85% deacetylated. Molecular weight about 120,000 Da |
Sodium hydroxyde | Sigma-Aldrich | 306576 | To insolubilize chitosan and generate the hydrogel |
Polystyrene cell culture plates | NEST | 702011 | Used as molds to fabricate chitosan hydrogels |
Optical parametric oscillator pumped by the third harmonic of a Q-switched Nd:YAG laser | Continuum, Santa Clara, USA | Surelite OPO plus | Source of optical excitation for photoacoustic tests |
Pyroelectric detector | Gentec, Quebec, Canada | QE8SP | To monitor optical fluence for photoacoustic tests |
Pre amplified needle hydrophone | Precision Acoustic, Dorset, UK | Model with 1 mm sensor diameter and 1-20 MHz frequency range | To measure photoacoustic signals |