Summary

मिश्रित पॉलिमर / Fullerene Nanoparticle photosensitizers के संचालन के साथ Photodynamic थेरेपी

Published: October 28, 2015
doi:

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

Photodynamic थेरेपी में (पीडीटी) photosensitizers ऊतक लक्षित करने के लिए प्रशासित रहे हैं, और photosensitizer प्रकाश के संपर्क पर प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों (आरओएस) उत्पन्न करता है। ऐसे स्वेटर ऑक्सीजन और सुपरऑक्साइड के रूप में आरओएस प्रजातियों ऑक्सीडेटिव तनाव और कोशिकाओं और ऊतकों को 1-4 करने के बाद संरचनात्मक क्षति के लिए प्रेरित कर सकते हैं। कारण आवेदन के अपने आसानी के लिए इस विधि को सक्रिय रूप से जांच की गई है और क्लिनिकल परीक्षण जगह 5,6 ले लिया है। हालांकि, इस तरह के (कम जैव उपलब्धता और संभावित तीव्र विषाक्तता की ओर जाता है) sensitizers के अंधेरे sensitizers की विषाक्तता, प्रकाश के लिए (कारण sensitizer की गैर चयनात्मक वितरण करने के लिए) रोगी संवेदनशीलता, और hydrophobicity के रूप में महत्वपूर्ण मुद्दों पर बने हुए हैं।

यहाँ हम निर्माण के लिए और इन विट्रो पीडीटी के लिए अगली पीढ़ी के photosensitizers के रूप में फुलरीन के साथ मिश्रित बहुलक नैनोकणों के संचालन के मूल्यांकन के लिए एक विधि की रिपोर्ट। नैनोकणों के आत्म-एकत्रीकरण से बनते हैंsemiconducting बहुलक MEH-पीपीवी (पाली [2-methoxy-5- (2-ethylhexyloxy) -1,4-phenylenevinylene]) इन सामग्रियों को एक संगत में भंग कर दिया जब फुलरीन PCBM (फिनाइल-सी 61 -butyric एसिड मिथाइल एस्टर) के साथ विलायक तेजी से एक गैर-संगत विलायक (चित्रा 1 ए) में इंजेक्ट किया जाता है। मेजबान बहुलक के रूप में MEH-पीपीवी के चुनाव त्रिक गठन की उच्च दर की ओर जाता है कि इसकी उच्च विलुप्त होने के गुणांक से प्रेरित है, और फुलरीन PCBM 7 के लिए कुशल और ultrafast प्रभारी और ऊर्जा हस्तांतरण दोनों है। इन गुणों के स्वेटर ऑक्सीजन और पीडीटी में सुपरऑक्साइड गठन को संवेदनशील बनाने के लिए आदर्श होते हैं।

Fullerene वास्तव में दोनों आणविक और nanoparticle प्रपत्र 8-13 में पीडीटी में लागू किया गया है। हालांकि, गंभीर cytotoxicity आगे के विकास के लिए 12 बाधा उत्पन्न की है। यहाँ हम MEH-पीपीवी के एक मेजबान मैट्रिक्स में फुलरीन encapsulating एक पीडीटी संवेदनशील सामग्री में समग्र MEH-पीपीवी / PCBM नैनोकणों परिणाम है कि पता चलता है कि मैंआंतरिक रूप से साइटोटोक्सिक नहीं है, कारण ऊपर उल्लिखित photophysical गुणों के कैंसर nanoparticle आकार और सतह के प्रभारी की वजह से कोशिकाओं, और कम रोशनी मात्रा में पैदावार अत्यधिक प्रभावी पीडीटी उपचार की दिशा में विशिष्टता से पता चलता है।

Protocol

1. संवर्धन सेल लाइन्स कम से कम 2 मिनट के लिए गर्म पानी में cryogen शीशियों धारण करके पिघलना ते 71 (माउस थाइमिक उपकला कोशिकाओं), एमडीए MB-231 (मानव स्तन कैंसर की कोशिकाओं), A549 (मानव फेफड़ों के कैंसर कोशिकाओं) और OVCAR3 (म?…

Representative Results

तेज और नैनोकणों के आंतरिक cytotoxicity 50 भार% मिश्रित MEH-पीपीवी / PCBM नैनोकणों ते 71 के साथ incubated रहे थे, एमडीए MB-231, A549 और OVCAR3 सेल लाइनों। PCBM सम्मिश्रण स्तर संयुग्मित पॉलिमर और फुलरीन 14 के बीच आदर्श प्रभारी और…

Discussion

नैनोकणों fabricating जबकि nanoparticle तेज लक्ष्य को हासिल करने के लिए यह कुछ महत्वपूर्ण उपायों को बनाए रखने के लिए आवश्यक था। यह इस समाधान की एकाग्रता का गठन किया जा रहा नैनोकणों के आकार का निर्धारण करने में एक महत्व…

Disclosures

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

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Cite This Article
Doshi, M., Gesquiere, A. J. Photodynamic Therapy with Blended Conducting Polymer/Fullerene Nanoparticle Photosensitizers. J. Vis. Exp. (104), e53038, doi:10.3791/53038 (2015).

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