तैयारी और Photoacoustic युक्त सोना nanorods सेलुलर वाहन का विश्लेषण
Summary
We show the preparation and address the feasibility of cellular vehicles containing gold nanorods for the photoacoustic imaging of cancer.
Abstract
सोना nanorods, ट्यूमर में लगभग अवरक्त खिड़की, कम cytotoxicity और घर के लिए क्षमता में उनकी गहन ऑप्टिकल absorbance के लिए धन्यवाद इस तरह photothermal पृथक और कैंसर के photoacoustic इमेजिंग के रूप में जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों की एक श्रृंखला के लिए आकर्षक हैं। हालांकि, ट्यूमर के लिए उनकी डिलीवरी अभी भी एक मुद्दा बनी हुई है। एक नवीन दृष्टिकोण ट्यूमर जुड़े मैक्रोफेज के tropism कि इन विट्रो में सोना nanorods साथ लोड किया जा सकता है के शोषण के होते हैं। यहाँ, हम तैयारी और सोना nanorods युक्त सेलुलर वाहनों की photoacoustic निरीक्षण का वर्णन है। PEGylated सोना nanorods के क्रम में एक cationic प्रोफ़ाइल प्राप्त करने के लिए, चतुर्धातुक अमोनियम यौगिकों के साथ संशोधित कर रहे हैं। साधारण पेट्री डिश में murine मैक्रोफेज के साथ संपर्क पर, इन कणों endocytic vesicles में बड़े पैमाने पर तेज गुजरना करने के लिए पाए जाते हैं। तो फिर इन कोशिकाओं biopolymeric हाइड्रोजेल, जो सत्यापित करने के लिए उपयोग किया जाता है में एम्बेडेड रहे हैं कि photoacoustic रूपांतरण की स्थिरताकणों के सेलुलर वाहनों में उनके शामिल किए जाने में बनाए रखा है। हमें विश्वास है कि इन परिणामों उपन्यास रणनीतियों के विकास ट्यूमर के लिए plasmonic कणों को वितरित करने के लिए नई प्रेरणा प्रदान कर सकते हैं।
Introduction
पिछले दशक के दौरान, इस तरह के सोने nanorods, nanoshells और nanocages के रूप में विभिन्न plasmonic कणों, जैव चिकित्सा प्रकाशिकी 1, 2, 3, 4 में अनुप्रयोगों के लिए काफी ध्यान दिया है। सोना स्टैंडर्ड nanospheres के साथ विचरण पर, इन नए कणों के निकट अवरक्त (NIR) खिड़की है कि अंतर्जात घटकों पर 1 उच्चतम ऑप्टिकल विपरीत शरीर के माध्यम से गहरी पैठ और ऑप्टिकल के लिए प्रदान में resonate। यह सुविधा ऐसे photoacoustic (पीए) इमेजिंग और कैंसर के photothermal पृथक रूप में अभिनव अनुप्रयोगों के लिए रुचि पैदा कर दिया। हालांकि, कई मुद्दों पर इन कणों के नैदानिक प्रवेश को नियंत्रित। उदाहरण के लिए, उनके ऑप्टिकल सक्रियण उनकी overheating प्रेरित करने के लिए और अधिक गोलाकार प्रोफाइल, जो एक photoinstability 5, 6, 7 ड्राइव के प्रति उनके कार्यात्मक आकार को संशोधित करने के लिए, 8 आदत </sup>, 9। एक और मुद्दा यह है कि वैज्ञानिक बहस हावी उनके ट्यूमर में प्रणालीगत प्रसव है। विशेष रूप से, सोना nanorods आकार है कि ट्यूमर है कि बढ़ाया पारगम्यता और बनाए रखने और घातक मार्कर की विशिष्ट जांच के साथ विकार की आसानी प्रदर्शित व्याप्त करने के लिए आदर्श हैं गठबंधन। इसलिए, खून में एक प्रत्यक्ष इंजेक्शन के लिए उनकी तैयारी एक व्यवहार्य योजना 10, 11, 12, 13 के रूप में माना जाता है। हालांकि, इस मार्ग, समस्याग्रस्त रहता है के साथ कणों की सबसे mononuclear भक्षककोशिकीय प्रणाली 10, 11, 12 के द्वारा कब्जा होता जा रहा है। इसके अलावा, एक और चिंता का शरीर 14 के माध्यम से प्रचलन के बाद कणों की ऑप्टिकल और जैव रासायनिक स्थिरता है। जब कणों उनकी कोलाइडयन स्थिरता और कुल खो देते हैं, उनकी plasmonic सुविधाओं और गर्मी हस्तांतरण गतिशीलता plasmonic युग्मन 15 से पीड़ित हो सकता है, </sअप> 16, 17 और 18 पार overheating।
हाल ही में, धारणा ट्यूमर जुड़े मैक्रोफेज के tropism फायदा उठाने के लिए एक स्मार्ट विकल्प 19, 20, 21 के रूप में उभरा है। इन कोशिकाओं को एक जन्मजात का पता लगाने और उच्च विशिष्टता के साथ ट्यूमर व्याप्त करने की क्षमता का आयोजन करेगा। इसलिए, एक परिप्रेक्ष्य, एक मरीज से इन कोशिकाओं को अलग उन्हें इन विट्रो में सोना nanorods साथ लोड और फिर उन्हें उन्हें प्रसव के आरोप में सेलुलर वाहन के रूप में उपयोग करने के लिए, रोगी में वापस इंजेक्षन इरादे के साथ करने के लिए हो सकता है। एक और लाभ यह कणों की ऑप्टिकल और जैव रासायनिक स्थिरता पर अधिक नियंत्रण हासिल करने के लिए क्योंकि उनके जैविक इंटरफेस विट्रो में निर्माण किया जाएगा। फिर भी, ऑप्टिकल विपरीत एजेंट के रूप में इन सेलुलर वाहनों के प्रदर्शन के एक महत्वपूर्ण विश्लेषण की जरूरत है।
इस काम में, हम तैयारी और Cellul के महत्वपूर्ण मुद्दों का वर्णनएआर वाहनों कैंसर के पीए इमेजिंग के लिए सोना nanorods हैं। PEGylated सोना nanorods के क्रम में एक cationic प्रोफ़ाइल है कि Plasmatic झिल्ली 23, 24 के साथ उनकी बातचीत को बढ़ावा देने की उम्मीद है प्राप्त करने के लिए, चतुर्धातुक अमोनियम यौगिकों 22 के साथ संशोधित कर रहे हैं। इन कणों, सबसे सेलुलर प्रकार से कुशल और unspecific तेज गुजरना उम्मीद है कि उनके जैविक कार्यों के साथ ज्यादा हस्तक्षेप किए बिना। Murine मैक्रोफेज अप सेल प्रति के रूप में कई के रूप में 200, 000 cationic सोना nanorods, जो तंग endocytic पुटिकाओं के भीतर ही सीमित हो जाते हैं साथ लोड कर रहे हैं। यह विन्यास plasmonic युग्मन और इन पुटिकाओं के अंदर पार overheating के खतरे की वजह से चिंता पैदा करना चाहिए। इसलिए, मैक्रोफेज, biopolymeric हाइड्रोजेल कि जैविक ऊतकों की नकल में एम्बेडेड रहे हैं सत्यापित करने के लिए है कि कणों के पीए रूपांतरण की स्थिरता के सबसे endocytic पुटिकाओं के लिए मध्यम विकास से स्थानांतरण में बनाए रखा है। प्रभावी ढंग सेई माप मानदंड आदेश पीए इमेजिंग के लिए तत्काल ब्याज की शर्तों के तहत पीए रूपांतरण की स्थिरता को मापने के लिए बाहर काम कर रहे हैं। एक देगी सीमा 10 हर्ट्ज की खासियत पुनरावृत्ति दर के साथ 50 लेजर दालों की एक ट्रेन के बाद ऑप्टिकल अस्थिरता के बहुत शुरुआत में सेट किया गया है।
हमें विश्वास है कि इन परिणामों उपन्यास रणनीतियों के विकास ट्यूमर के लिए plasmonic कणों को वितरित करने के लिए गति प्रदान कर सकते हैं।
Protocol
Representative Results
Discussion
ट्यूमर जुड़े मैक्रोफेज निशाना बनाने की धारणा एक शक्तिशाली अवधारणा कैंसर 34, 35, 36 का मुकाबला करने के रूप में उभर रहा है। इधर, उनके विनाश के बजाय, इन कोशिकाओं सेलुलर वाहनों के रूप में, एक …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम आंशिक Eranet + परियोजनाओं LUS बुलबुला और बीआई-TRE की सीमा के भीतर Regione Toscana और यूरोपीय समुदाय द्वारा समर्थित किया गया।
Materials
| 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 |
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