우리 실험실에서 생산되는 형광등 nanoparticles는 그러한 생리적 항상성 동안 신호 및 중간 유체 동안 세포와 같은 생물 학적 시스템에서 영상 이온 농도와 이온 fluxes에 사용됩니다.
몸 전체에 단단히 규제 이온 항상성은 탈수 같은 쇠약 상태의 방지를 위해 필요합니다. 대조적으로 1, 세포 수준에서 빠른 이온 fluxes가 고르기 세포 행동 잠재력을 시작 필요합니다. 2 나트륨 규정 모두에 중요한 역할을 이러한 경우는 있지만, 아무 방법은 현재 지속적으로 생체내 3 4 칼슘 프로브와 유사한 자세한 결과를 제공하지 않는 세포내 나트륨 프로브의 나트륨 수준을 모니터링 존재하지 않습니다. 이러한 공백을 모두 채우기 위해 노력의 일환으로, 형광등 nanosensors는 체외에서 생체내의 나트륨 농도를 모니터링 수있는 개발되었습니다. 5,6 이러한 센서들은 이온 – 선택적 optode 기술을 기반으로 및 나트륨 구체적인 인식 plasticized 고분자 입자로 구성되어 아르 요소, 산도에 민감한 fluorophores, 그리고 첨가제가 포함됩니다. 7-9은 Mechanistically, 나트륨 인식 요소는 센서에 나트륨의 압축을 풉니다. 10 추출 원인 센서 내에 충전 중립성을 유지하기 위해 수소 이온을 공개하는 산도에 민감한 형광단 원인 형광의 변화. 나트륨 센서도 높은 세포 농도의 칼륨을 통해 가역과 나트륨을위한 선택입니다. 6 그들은 직경이 약 120 나노미터이며,이 biocompatibility을 가르친다하기 위해 폴리에틸렌 글리콜로 코팅하고 있습니다. microinjection 기술을 사용하여 센서들은 심장 myocytes을 쳤습의 시간적 및 공간적 나트륨 역학을 모니터하는 표시된되었습니다 세포의 세포질로 전달할 수 있습니다. 주입했을 때 또한 11 일, 그들은 또한 생체내의 나트륨 농도에 실시간으로 변경 사항을 추적했습니다 subcutaneously 마우스로 3 본, 우리는 자세하게 설명하고 형광등 나트륨 nanosensors를 fabricating에 대한 방법론을 설명하고 간략하게 저희 연구소가에 대한 nanosensors를 사용하는 생물 학적 응용 프로그램을 보여줍니다 :. 세포로 센서의 microinjection을하며, 생쥐에 센서의 피하 주사 .
optode 솔루션을 만든 후에는 nanosensors의 형성 10 분보다 더 오래 걸릴해서는 안와 PEG의 지질은 건조. Optode은 필요할 때 신속하게 만들 수 없다지만, 4도 섭씨에서 저장하면, 그들은 몇 달 동안 안정 수 있습니다. 우리는 nansensors 일단 형성은 적어도 일주일 용액에 안정 것으로 나타났습니다,. 그러나, 빛으로부터 nanosensors을 차단하여이 시간이 경과 photobleaching 방지하기 위해주의 이동합니다 6 나트륨 nanosensors 여기서 보여주는 동안, optodes가되었습니다 이러한 칼륨 및 염화물. 10,12 같은 대부분의 생물 학적 관련성이 높은 이온에 대해 우리는 또한 포도당과 같은 작은 분자로이 기술을 확장 만들었 13.
다른 analytes을 모니터 nanosensors를 생성하는 것 외에도,이 nanosensors은 대부분의 생물 학적 실험에 유용하게됩니다 다른 변경 사항에 대한 의무가 있습니다. 예를 들어, 표면 코팅,이 경우에는 폴리 (에틸렌 글리콜)는 쉽게 수용성되는 amphiphilic 분자를 사용하여 변경할 수 있습니다. 이것은 다른 응용 프로그램이나 타겟에 대해 이러한 nanoparticles를 functionalizing의 가능성을 수 있습니다. nanoparticles의 크기는 표면 코팅, sonication 강도 또는 용매가 사용을 변경하여 조정할 수 있습니다.
칼슘 형광 표시기는 세포내 칼슘 신호를 결정하는 귀중한되었습니다, 그러나, 가능 나트륨에 민감한 염료 같은 이상적인 특성이 없습니다. Optode는 이미징 이온이 intracellularly 년 동안 개발되었습니다위한 대체 방법을 제공하기위한 nanoparticles. 14 우리는 희망 나트륨 신호가 세포 기능과 영향을 미치는 방법을 이해하기위한 수단을 제공합니다 세포내 나트륨 이미징 특정 nanosensors을 만드는이 이전의 연구에 구축 특정 질병으로 이어질 신호로 변경.
생체내에 형광 nanosensors의 사용은 혈액이 그립 3. 나트륨과 위의 기술을 기반으로 포도당 nanosensors가 각각에서 나트륨과 포도당의 변화를 추적하기 위해 표시되었습니다와 같은 다른 방법을 통해 모니터링 analytes에 대한 최소한 – 침략 대안 실시간 제공 생체내. 3,13 그러나, 현재 모니터링 도구로이 방법에 제한이 존재한다. 예를 들어, 센서가 충분히 피부의 배경 autofluorescence을 최소화하기 위해 인치 15 번째 가까운 적외선 빨간색쪽으로 이동 스펙트럼과 형광단을 포함해야합니다, 현재 분사 기술 등으로 인해 발생할 수 있습니다 nanosensors의 균일한 분사를 생성하지 않습니다 주입 농도의 변화와 같이 오류. 이러한 제한에도 불구하고, 이러한 형광 nanosensors과 성공적인 시연의 개발은 환자의 건강을 모니터링 이러한 센서는 귀중한 연구 도구 및 방법을 만들 수 있습니다.
The authors have nothing to disclose.
JMD와 MKB은 노스 이스턴 대학 (NCI와 NSF 그랜트 DGE – 0504331에서 자금)에서 IGERT의 Nanomedicine 과학 기술 프로그램을 통해 자금 지원을 받고 있습니다. 이 작품은 또한 일반적인 메디컬 사이언스 부여 R01 GM084366 보건 국립 연구소 국립 연구소에 의해 투자되었다. 우리는 또한 동물 프로토콜 개발에 자신의 기여에 대한 심장 myocytes 케빈 캐시를 제공 Saumya 다스과 보스턴의 BIDMC의 안소니 로즌즈바이그 감사합니다.
Product Name | Company | Catalogue Number | Comments |
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IVIS Lumina II Instrument Package | Caliper Life Sciences | 126273 | |
CD-1 Nude Mice | Charles River | Strain Code: 086 | Immunodeficient |
Insulin syringes | BD | 328438 | 3/10 ccmL , 8mm, 31G |
High Molecular Weight PVC | Sigma | ||
DOS | Sigma | ||
CHIII | Sigma | ||
NaTFPB | Sigma | ||
NaIX | Sigma | ||
Thin walled capillary glass | Sutter | ||
PEG lipid | Avanti Polar Lipids |
Table 1. Provides a list of chemicals and equipment used in this procedure. All common chemicals not listed were purchased from Sigma.