Nanoclusters Síntesis de Immunotargeted Magneto-plasmónica
Summary
Aquí se describe un protocolo para la síntesis de nanopartículas magneto-plasmónica con un fuerte momento magnético y un fuerte en el infrarrojo cercano (NIR) absorbancia. El protocolo también incluye conjugación de anticuerpos a las nanopartículas a través de la fracción Fc para diversas aplicaciones biomédicas que requieren orientación específica molecular.
Abstract
Propiedades magnéticas y plasmónicas combinados en una sola nanopartícula proporcionan una sinergia que es ventajoso en un número de aplicaciones biomédicas, incluyendo la mejora del contraste en nuevas modalidades de imagen magnetomotrices, captura simultánea y la detección de células tumorales circulantes (CTC), y la imagen molecular multimodal combinada con la terapia fototérmica de las células cancerosas. Estas aplicaciones han fomentado el interés en el desarrollo de protocolos para la síntesis de nanopartículas magneto-plasmónica con absorción óptica en la región del infrarrojo cercano (NIR) y un fuerte momento magnético. Aquí, se presenta un protocolo novedoso para la síntesis de tales nanopartículas híbridas que se basa en un método de microemulsión de aceite en agua. La característica única del protocolo descrito en este documento es la síntesis de nanopartículas magneto-plasmónica de diversos tamaños de los bloques primarios que también tienen características magneto-plasmónicas. Este enfoque produce nanopartículas con una alta densidad de funcionalidades magnéticos y plasmónicas que se distribuyen de manera uniforme en todo el volumen de nanopartículas. Las nanopartículas híbridas pueden ser fácilmente funcionalizados mediante la unión de anticuerpos a través de la fracción Fc dejando la porción Fab que es responsable de la unión disponibles para la orientación antígeno.
Introduction
Nanopartículas híbridas que comprendan diferentes materiales con propiedades fisicoquímicas distintas pueden abrir nuevas oportunidades en aplicaciones biomédicas, incluyendo imágenes multimodal molecular, el suministro de terapia y el seguimiento, nuevo cribado y ensayos de diagnóstico 1-3. La combinación de propiedades plasmónicas y magnéticos en una sola nanopartícula es de particular interés, ya que proporciona una muy fuerte dispersión de luz y de absorción secciones transversales asociados con resonancias de plasmones y la capacidad de respuesta a un campo magnético. Por ejemplo, se utilizaron nanopartículas magneto-plasmónicas para aumentar el contraste en las imágenes de campo oscuro de células marcadas mediante la aplicación de una modulación de la señal temporal a través de un electroimán externa 3-5. Más recientemente, un principio similar se aplicó en el desarrollo de una nueva modalidad de imagen – imágenes magneto-fotoacústica, donde las nanopartículas magneto-plasmónica permiten grandes mejoras en el contraste y la rata de señal a fondoio 6,7. También se demostró que las nanopartículas híbridas pueden ser utilizados para la captura y la detección de células tumorales circulantes en la sangre entera e in vivo 8,9 simultánea. Además, las nanopartículas magneto-plasmónicas son prometedores agentes teranósticos que se pueden usar para formación de imágenes ópticas y MR específica molecular combinado con la terapia fototérmica de las células cancerosas 10.
Se exploraron varios enfoques para la síntesis de nanopartículas magneto-plasmónica. Por ejemplo, Yu et al. Descomposición utilizado y la oxidación de Fe (CO) 5 sobre nanopartículas de oro para formar-mancuernas como bifuncionales Au-Fe 3 O 4 nanopartículas 11. Wang et al. Han sintetizado nanopartículas de óxido de hierro recubierto de oro utilizando el método de descomposición térmica 12. Algunos otros enfoques se basan en polímeros de amina o recubrimiento moléculas funcionales en nanopartículas de núcleo magnético, seguido por la deposición de agcáscara de edad sobre la superficie de polímero para crear el híbrido partículas de 7,13. Además, las nanopartículas de óxido de hierro se adjunta a nanorods de oro a través de interacciones electrostáticas o una reacción química 14,15. Aunque estos enfoques producen nanoestructuras magneto-plasmónicas, comprometen a algunas propiedades extensión de la combinación magneto-plasmónica tales como absorbancia óptica en el (NIR) ventana de infrarrojo cercano o un fuerte momento magnético ambos de los cuales son altamente deseables en aplicaciones biomédicas. Por ejemplo, pesa de gimnasia Au-Fe 3 O 4 nanopartículas tienen un pico de resonancia de plasmón a 520 nm lo que limita su utilidad in vivo debido a la alta turbidez tejido en este intervalo espectral. Además, las nanopartículas magneto-plasmónica producidos por los protocolos actuales se limitan a un solo 11 o pocos (menos de 10) 14,15 mitades superparamagnéticas (por ejemplo, nanopartículas de óxido de hierro) que es significativamente menor que podría ser ACHieved en una nanoestructura densamente poblado. Por ejemplo, una nanopartícula esférica de 60 nm de diámetro densamente poblado puede contener del orden de un millar de 6 nanopartículas superparamagnéticas nm. Por lo tanto, hay una gran sala para mejorar las propiedades magnéticas de las nanopartículas híbridas. Por otra parte, algunos de los protocolos descritos anteriormente son relativamente complejos y requieren optimización cuidadosa para evitar la agregación de partículas durante la síntesis de 14,15.
Aquí se describe un protocolo para la síntesis de nanopartículas magneto-plasmónica con un fuerte momento magnético y una fuerte absorbancia NIR que aborda las principales limitaciones de la técnica actual. La síntesis tiene sus orígenes en el método 16 microemulsión de aceite en agua. Se basa en el montaje de las nanopartículas de un tamaño deseado de unas partículas primarias mucho más pequeñas. Este enfoque ha sido utilizado con éxito para producir nanoestructuras de un solo material, como oro, óxido de hierro, y pri semiconductormary partículas 16. Nos extendió a la síntesis de nanopartículas magneto-plasmónica por, primero, haciendo que las partículas de núcleo de óxido de concha de oro diámetro de 6 nm / hierro y, a continuación, el montaje de las partículas híbridas primarios en la nanoestructura esférica final. Montaje de partículas primarias en nanoclusters no sólo permite la mejora de las propiedades de las nanopartículas constituyentes, tales como el logro de un momento magnético más fuerte, mientras que la preservación de propiedades superparamagnéticas, pero también se aprovecha de las interacciones entre las nanopartículas individuales creando así nuevas características ausentes de las nanopartículas constituyentes, tales como fuerte absorbancia óptica en la ventana de NIR. Este protocolo produce nanopartículas híbridas con una alta densidad de funcionalidades magnéticas y plasmónica. Después de partículas primarias se sintetizan, nuestro método es esencialmente una reacción de una etapa simple. La fuerza total de resonancia de plasmón y momento magnético son determinados por un número de partículas primarias y, therntes, puede ser fácilmente optimizada en función de una aplicación. Además, también hemos desarrollado un procedimiento para la conjugación del anticuerpo a las nanopartículas híbridas para diversas aplicaciones biomédicas que requieren orientación específica molecular. Los anticuerpos están unidos a través de la fracción Fc dejando la porción Fab que es responsable de la unión disponibles para la orientación antígeno.
Protocol
Representative Results
Discussion
Los pasos críticos en la síntesis exitosa de nanoclusters magneto plasmónica incluyen la fabricación altamente monodispersas de oro primario shell / hierro nanopartículas núcleo de óxido y la dirección de auto-ensamblaje de las partículas primarias en nanoclusters. Una relación molar entre las partículas primarias y tensioactivos juegan un papel importante en la determinación de la distribución del tamaño de los nanoclusters. Distribución de tamaño no uniforme de nanopartículas primarias puede causar la…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue apoyado en parte por las subvenciones del NIH R01 y R01 CA103830 EB008101.
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 |
References
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