رامان الرنين المزودة بسطح نثر راتيوميتري نانوبروبي للكشف عن سرطان المبيض المجهرية عن طريق مستقبلات حمض الفوليك استهداف
Summary
ويشكل سرطان المبيض الانبثاث في جميع أنحاء التجويف الصفاقى. هنا، فإننا نقدم بروتوكولا لجعل واستخدام حمض الفوليك مستقبلات تستهدف تعزيز سطح الرنين نانوبروبيس تشتت رامان التي تكشف عن هذه الآفات مع خصوصية عالية عن طريق التصوير راتيوميتريك. وتدار في نانوبروبيس إينترابيريتونيلي للفئران الحية، والصور المشتقة ترتبط أيضا بعلم الأنسجة.
Abstract
ويمثل سرطان المبيض خبيثة أمراض دموية. تعرض معظم المرضى في مرحلة متقدمة (فيغو المرحلة الثالثة أو الرابعة)، عندما حدث المنتشر المحلية تنتشر بالفعل. ومع ذلك، قد سرطان المبيض نمطاً فريداً لانتشار المنتشر، حيث يزرع الورم ترد في البداية داخل التجويف الصفاقى. يمكن تمكين هذه الميزة، من حيث المبدأ، استئصال كامل الورم يزرع بقصد العلاج. كثير من هذه الآفات المنتشر المجهرية، مما يجعل من الصعب تحديد وعلاج. ويعتقد تحييد هذه ميكروميتاستاسيس أن يكون هدفا رئيسيا للقضاء على تكرار الورم وتحقيق البقاء الطويل الأجل. رامان التصوير بالرنين المحسن السطحية نانوبروبيس تشتت رامان يمكن استخدامها لتحديد الأورام المجهرية مع حساسية عالية، بسبب ما مشرق وبصمات طيفية بيورثوجونال. هنا، يمكننا وصف تركيب اثنين من ‘النكهات’ من هذا القبيل نانوبروبيس: أحد فونكتيوناليزيد الأجسام المضادة التي تستهدف مستقبلات حمض الفوليك – overexpressed في كثير من أنواع السرطان المبيض – ومن نانوبروبي عنصر تحكم غير المستهدفة، مع الأطياف المتميزة. نانوبروبيس تدار المشترك إينترابيريتونيلي للماوس نماذج غدية المبيض البشرية المنتشر. وافق جميع الدراسات الحيوانية برعاية الحيوان المؤسسية واستخدام اللجنة للنصب التذكاري مركز سلون كيترينج للسرطان. تجويف البريتوني من الحيوانات هو جراحيا مكشوف وغسلها والممسوحة ضوئياً مع ميكروفوتوسبيكتروميتير رامان. في وقت لاحق، تواقيع رامان نانوبروبيس اثنين decoupled باستخدام خوارزمية “المربعات الكلاسيكي” مناسب، وتقسيم نتائجهم الخاصة بكل منها لتوفير إشارة راتيوميتريك المستهدفة لحمض الفوليك على تحقيقات غير المستهدفة. وبهذه الطريقة، يتم تصور الانبثاث المجهري مع خصوصية عالية. الميزة الرئيسية لهذا النهج هو أن التطبيق المحلي في التجويف الصفاقى — الذي يمكن إنجازه مريح أثناء العملية الجراحية-يمكن تمييز الأورام دون إخضاع المريض للتعرض نانوحبيبات النظامية. الإشارات الإيجابية الكاذبة الناجمة عن الربط غير محددة من نانوبروبيس على الأسطح الحشوي يمكن القضاء عليها باتباع نهج راتيوميتريك حيث يتم تطبيق نانوبروبيس المستهدفة وغير المستهدفة مع التوقيعات رامان متميزة كخليط. الإجراء حاليا لا يزال محدود بعدم رامان واسع المجال التجاري نظام الكاميرا، التي تتوفر مرة سيسمح لتطبيق هذه التقنية في المسرح التشغيل التصوير.
Introduction
رامان التصوير مع ‘نثر رامان السطحي المحسن’ جسيمات نانوية (SERS) قد أظهرت وعدا كبيرا في تحديد الآفات في مجموعة متنوعة من الإعدادات وورم مختلفة كثيرة بأنواع1،2،3،4 . والميزة الرئيسية لجسيمات نانوية SERS هو التوقيع الطيفي مثل بصمات الأصابع، إتاحة الكشف لا يرقى إليه الشك أن هو مرتبك لا ب الإشارات الخلفية البيولوجية5. بالإضافة إلى ذلك، يتم تضخيمه كثافة الإشارات المنبعثة المزيد باستخدام جزيئات مراسل (الأصباغ) مع ماكسيما امتصاص تمشيا مع الليزر الإثارة، مما يؤدي إلى ‘تعزيز السطحية الرنين رامان نثر’ (سيرس) جسيمات نانوية مع أكبر حساسية6،7،،من89،10،،من1112.
أحد الحواجز التي تحتاج إلى معالجتها باعتماد SE(R)RS جسيمات نانوية13 وكثيرة أخرى نانوحبيبات ثوابت14،15 للاستخدام السريري هو أسلوب الإدارة، كما يؤدي الحقن الوريدية الجهازية التعرض للعامل، ويستلزم اختبارات مكثفة لاستبعاد الآثار الضارة المحتملة. في هذه المقالة، نحن نقدم نموذجا مختلفاً استناداً إلى تطبيق جسيمات نانوية محلياً في فيفو، مباشرة في التجويف الصفاقى أثناء الجراحة، تليها خطوة غسيل لإزالة أي جسيمات نانوية غير منضم1. هذا النهج ينسجم مع رواية النهج العلاجية التي حاليا قيد التحقيق كما تجعل استخدام تقطير محلية من وكلاء في التجويف الصفاقى، يسمى العلاج الكيميائي داخل هايبرثيرميك (هيبيك). ومن ثم، ينبغي أن تكون المبدأ ذاته سهلة نسبيا للاندماج في سير عمل السريري. لقد درسنا في بيوديستريبوشن جسيمات نانوية بعد داخل التطبيق، ولاحظنا عدم استيعاب أي قابلة للكشف في الدوران الجهازي1. بالإضافة إلى ذلك، نهج التطبيق المحلي تلتف عزل جسيمات نانوية بنظام شبكي، حتى ملحوظة يتم خفض عدد جسيمات نانوية المطلوبة. ومع ذلك، عندما يطبق موضعياً، جسيمات نانوية فونكتيوناليزيد جسم تميل إلى الالتزام على السطوح الحشوي حتى في غياب الهدف. من أجل تقليل إشارات إيجابية كاذبة بسبب التصاق نانوحبيبات غير محددة، نواصل اتباع نهج راتيوميتريك، التي ينص فيها نانوبروبي جزيئيا مستهدفة إشارة محددة، ومن نانوبروبي عنصر تحكم غير المستهدفة، مع مختلف رامان الطيف، حسابات للخلفية غير محددة16،17. وقد أثبتنا هذه المنهجية المطبقة موضعياً المحسن السطحية الرنين رامان الطيفي راتيوميتريك مؤخرا في نموذج الفأر من سرطان المبيض منتشر1.
والهدف العام لهذا الأسلوب وضع اثنين سيرس نانوبروبيس، واحدة استهدفت وواحدة غير محددة، تطبق محلياً في نماذج الماوس، من أجل صورة الانتشار/overexpression من السرطان المتصلة بالعلامات البيولوجية باستخدام الكشف عن راتيوميتريك من المسابر اثنين عن طريق رامان التصوير. في هذا العمل، اختير مستقبلات حمض الفوليك (FR) كالهدف، وهذا أوبريجولاتيد ماركر في العديد من سرطانات المبيض18،19. ولقد أظهر رامان ميكرويماجينج مع جسيمات نانوية المستندة إلى SERS أيضا سرطان الخلية تحديد20. يتم توليف اثنين متميزة “النكهات” من جسيمات نانوية رامان، كل المستمدة بصمات الأصابع من صبغة عضوية مختلفة. جسيمات نانوية تتألف من نواة الذهب على شكل نجمة محاطة بقذيفة السيليكا وإثبات الرنين السطحية مأكل مثل الطحين في حوالي 710 شمال البحر الأبيض المتوسط. وتودع المراسل رامان (صبغ العضوية) تزامن مع تشكيل شل السليكا. وأخيراً، نانوبروبيس المستهدفة للأب (αFR-NPs) هو شل السليكا مترافق مع الأجسام المضادة، بينما هي تخميل نانوبروبيس غير المستهدفة (nt-NPs) مع أحادي الطبقة من البولي إيثيلين غليكول (شماعة).
استخدمت هذه التقنية بنجاح لخريطة الأورام المجهرية في نموذج xenograft ماوس منتشر النقيلي سرطان المبيض (سكوف-3)، مما يدل على قابليته للاستخدام في الحية. يمكن أن تشمل أيضا للاستخدام في الأنسجة، وقصت للورم فينوتيبينج، أو تحديد الهامش بعد ديبولكينج كما هو موضح في دراسة المشابهة21.
نانوبروبيس سيررس توفير منصة قوية لإنشاء عدة علامات المستهدفة للمؤشرات الحيوية، توليفها مع التفاعلات الكيميائية مباشرة كما هو مبين تخطيطياً في الشكل 1. وهنا، يقدم البروتوكول المتعلق بتوليف لهذين النوعين من سيررس نانوبروبيس (الأجزاء 1-3)، وتطوير نموذج الماوس سرطان المبيض مناسبة (المادة 4)، إدارة نانوبروبيس وتصوير (القسم 5)، وأخيراً تحليل البيانات و التصور (المادة 6).
Protocol
Representative Results
Discussion
ينص البروتوكول على وصف هنا تعليمات لتركيب اثنين من “النكهات” من سيرس نانوبروبيس، وعملهم في الفئران رامان التصوير ورم في المبيض overexpressing “مستقبلات حمض الفوليك”، باستخدام خوارزمية راتيوميتريك. والميزة الرئيسية رامان التصوير عبر سائر تقنيات التصوير الضوئي (مثل الأسفار) هو خصوصية عالية للإشا?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
يتم الاعتراف بمصادر التمويل التالية (إلى M.F.K.): EB017748 R01 المعاهد الوطنية للصحة و R01 CA222836 CA16396 K08؛ ديمون رونين-راتشليف الابتكار جائزة الحد من إخطار الكوارث–29-14، ساحة برشينغ سوهن جائزة تحالف بحوث السرطان سوهن ساحة برشينغ، مركز MSKCC للتصوير الجزيئي وتكنولوجيا النانو (كمينت) وتطوير التكنولوجيا والمنح. يتم توسيع الاعترافات أيضا إلى دعم تمويل المنح المقدمة من “المنحة الأساسية MSKCC المعاهد الوطنية للصحة” (P30-CA008748).
Materials
| Name of Reagent | |||
| Ascorbic acid | Sigma-Aldrich | A5960 | |
| 3-MPTMS | Sigma-Aldrich | 175617 | |
| Ammonium hydroxide (28%) | Sigma-Aldrich | 338818 | |
| Anti-Folate Receptor antibody [LK26] | AbCam | ab3361 | |
| Dimethyl sulfoxide | Sigma-Aldrich | 276855 | |
| Dimethyl sulfoxide (anhydrous) | Sigma-Aldrich | 276855 | |
| Ethanol | Sigma-Aldrich | 792780 | |
| IR140 | Sigma-Aldrich | 260932 | |
| IR780 perchlorate* | Sigma-Aldrich | 576409 | Discontinued* |
| Isopropanol | Sigma-Aldrich | 650447 | |
| N.N.Dimethylformamide | Sigma-Aldrich | 227056 | |
| PEG crosslinker | Sigma-Aldrich | 757853 | |
| PEG-maleimide | Sigma-Aldrich | 900339 | |
| Tetrachloroauric Acid | Sigma-Aldrich | 244597 | |
| Tetraethyl Orthosilicate | Sigma-Aldrich | 86578 | |
| *IR792 | Sigma-Aldrich | 425982 | *Alternative |
| Name of Equipment | |||
| Dialysis cassette (3,500 MWCO) | ThermoFIsher | 87724 | |
| Centrifugal filters | Millipore | UFC510096 | |
| inVia confocal Raman microscope | Renishaw | ||
| MATLAB (v2014b) | Mathworks | ||
| PLS Toolbox (v8.0) | Eigenvector research |
References
- Oseledchyk, A., Andreou, C., Wall, M. A., Kircher, M. F. Folate-Targeted Surface-Enhanced Resonance Raman Scattering Nanoprobe Ratiometry for Detection of Microscopic Ovarian Cancer. ACS Nano. 11 (2), 1488-1497 (2017).
- Andreou, C., et al. Imaging of Liver Tumors Using Surface-Enhanced Raman Scattering Nanoparticles. ACS Nano. 10 (5), 5015-5026 (2016).
- Karabeber, H., et al. Guiding brain tumor resection using surface-enhanced Raman scattering nanoparticles and a hand-held Raman scanner. ACS Nano. 8 (10), 9755-9766 (2014).
- Kircher, M. F., et al. A brain tumor molecular imaging strategy using a new triple-modality MRI-photoacoustic-Raman nanoparticle. Nature Medicine. 18 (5), 829-834 (2012).
- Andreou, C., Kishore, S. A., Kircher, M. F. Surface-Enhanced Raman Spectroscopy: A New Modality for Cancer Imaging. Journal of Nuclear Medicine. 56 (9), 1295-1299 (2015).
- Harmsen, S., et al. Rational design of a chalcogenopyrylium-based surface-enhanced resonance Raman scattering nanoprobe with attomolar sensitivity. Nature Communications. 6, 6570 (2015).
- Harmsen, S., et al. Surface-enhanced resonance Raman scattering nanostars for high-precision cancer imaging. Science Translational Medicine. 7 (271), 271ra277 (2015).
- Harmsen, S., Wall, M. A., Huang, R., Kircher, M. F. Cancer imaging using surface-enhanced resonance Raman scattering nanoparticles. Nature Protocols. 12 (7), 1400-1414 (2017).
- Huang, R., et al. High Precision Imaging of Microscopic Spread of Glioblastoma with a Targeted Ultrasensitive SERRS Molecular Imaging Probe. Theranostics. 6 (8), 1075-1084 (2016).
- Iacono, P., Karabeber, H., Kircher, M. F. A "schizophotonic" all-in-one nanoparticle coating for multiplexed SE(R)RS biomedical imaging. Angewandte Chemie, International Edition in English. 53 (44), 11756-11761 (2014).
- Spaliviero, M., et al. Detection of Lymph Node Metastases with SERRS Nanoparticles. Molecular Imaging and Biology. 18 (5), 677-685 (2016).
- Nayak, T. R., et al. Tissue factor-specific ultra-bright SERRS nanostars for Raman detection of pulmonary micrometastases. Nanoscale. 9 (3), 1110-1119 (2017).
- Thakor, A. S., et al. The fate and toxicity of Raman-active silica-gold nanoparticles in mice. Science Translational Medicine. 3 (79), 79ra33 (2011).
- Liu, J., et al. Effects of Cd-based Quantum Dot Exposure on the Reproduction and Offspring of Kunming Mice over Multiple Generations. Nanotheranostics. 1 (1), 23-37 (2017).
- Wu, N., et al. The biocompatibility studies of polymer dots on pregnant mice and fetuses. Nanotheranostics. 1 (3), 261-271 (2017).
- Garai, E., et al. High-sensitivity real-time, ratiometric imaging of surface-enhanced Raman scattering nanoparticles with a clinically translatable Raman endoscope device. Journal of Biomedical Optics. 18 (9), 096008 (2013).
- Wang, Y. W., et al. Rapid ratiometric biomarker detection with topically applied SERS nanoparticles. Technology (Singap World Sci). 2 (2), 118-132 (2014).
- Lengyel, E. Ovarian cancer development and metastasis. American Journal of Pathology. 177 (3), 1053-1064 (2010).
- Vergote, I. B., Marth, C., Coleman, R. L. Role of the folate receptor in ovarian cancer treatment: evidence, mechanism, and clinical implications. Cancer and Metastasis Reviews. 34 (1), 41-52 (2015).
- Fasolato, C., et al. Folate-based single cell screening using surface enhanced Raman microimaging. Nanoscale. 8 (39), 17304-17313 (2016).
- Wang, Y. W., et al. Raman-Encoded Molecular Imaging with Topically Applied SERS Nanoparticles for Intraoperative Guidance of Lumpectomy. Cancer Research. 77 (16), 4506-4516 (2017).
- Andreou, C., Pal, S., Rotter, L., Yang, J., Kircher, M. F. Molecular Imaging in Nanotechnology and Theranostics. Molecular Imaging and Biology. 19 (3), 363-372 (2017).
- Chitgupi, U., Qin, Y., Lovell, J. F. Targeted Nanomaterials for Phototherapy. Nanotheranostics. 1 (1), 38-58 (2017).
- Choi, D., et al. Iodinated Echogenic Glycol Chitosan Nanoparticles for X-ray CT/US Dual Imaging of Tumor. Nanotheranostics. 2 (2), 117-127 (2018).
- Dubey, R. D., et al. Novel Hyaluronic Acid Conjugates for Dual Nuclear Imaging and Therapy in CD44-Expressing Tumors in Mice In Vivo. Nanotheranostics. 1 (1), 59-79 (2017).
- Gupta, M. K., et al. Recent strategies to design vascular theranostic nanoparticles. Nanotheranostics. 1 (2), 166-177 (2017).
- Huang, Y. J., Hsu, S. H. TRAIL-functionalized gold nanoparticles selectively trigger apoptosis in polarized macrophages. Nanotheranostics. 1 (3), 326-337 (2017).
- Pal, S., Harmsen, S., Oseledchyk, A., Hsu, H. T., Kircher, M. F. MUC1 Aptamer Targeted SERS Nanoprobes. Advanced Functional Materials. 27 (32), (2017).
- Zanganeh, S., et al. Iron oxide nanoparticles inhibit tumour growth by inducing pro-inflammatory macrophage polarization in tumour tissues. Nat Nanotechnol. 11 (11), 986-994 (2016).
- Lee, J., Lee, Y. M., Kim, J., Kim, W. J. Doxorubicin/Ce6-Loaded Nanoparticle Coated with Polymer via Singlet Oxygen-Sensitive Linker for Photodynamically Assisted Chemotherapy. Nanotheranostics. 1 (2), 196-207 (2017).
- Li, R., Zheng, K., Yuan, C., Chen, Z., Huang, M. Be Active or Not: the Relative Contribution of Active and Passive Tumor Targeting of Nanomaterials. Nanotheranostics. 1 (4), 346-357 (2017).
- Lin, S. Y., Huang, R. Y., Liao, W. C., Chuang, C. C., Chang, C. W. Multifunctional PEGylated Albumin/IR780/Iron Oxide Nanocomplexes for Cancer Photothermal Therapy and MR Imaging. Nanotheranostics. 2 (2), 106-116 (2018).
- Roberts, S., et al. Sonophore-enhanced nanoemulsions for optoacoustic imaging of cancer. Chemical Science (Royal Society of Chemistry: 2010). 9 (25), 5646-5657 (2018).
- Liu, L., Ruan, Z., Yuan, P., Li, T., Yan, L. Oxygen Self-Sufficient Amphiphilic Polypeptide Nanoparticles Encapsulating BODIPY for Potential Near Infrared Imaging-guided Photodynamic Therapy at Low Energy. Nanotheranostics. 2 (1), 59-69 (2018).
- Liu, R., Tang, J., Xu, Y., Zhou, Y., Dai, Z. Nano-sized Indocyanine Green J-aggregate as a One-component Theranostic Agent. Nanotheranostics. 1 (4), 430-439 (2017).
- Sneider, A., VanDyke, D., Paliwal, S., Rai, P. Remotely Triggered Nano-Theranostics For Cancer Applications. Nanotheranostics. 1 (1), 1-22 (2017).
- Wall, M. A., et al. Surfactant-Free Shape Control of Gold Nanoparticles Enabled by Unified Theoretical Framework of Nanocrystal Synthesis. Advanced Materials. 29 (21), (2017).
- Sonali, , et al. Nanotheranostics: Emerging Strategies for Early Diagnosis and Therapy of Brain Cancer. Nanotheranostics. 2 (1), 70-86 (2018).
