العلاج الضوئي مع المخلوطة إجراء البوليمر / الفوليرين الجسيمات النانوية الضيائية
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
في العلاج الضوئي تدار (PDT) الضيائية لاستهداف الأنسجة، وعند التعرض للضوء الضيائي يولد أنواع الاكسجين التفاعلية (ROS). يمكن الأنواع ROS مثل الأكسجين القميص والفائق لحث الاكسدة وأضرار هيكلية لاحقة إلى الخلايا والأنسجة 1-4. نظرا لسهولة تطبيقه قد حققت هذه الطريقة بنشاط واتخذت التجارب السريرية مكان 5،6. ومع ذلك، لا تزال هناك قضايا هامة مثل سمية المظلمة للمحسسات، وحساسية المريض للضوء (بسبب التوزيع غير انتقائية المادة المحسسة)، وللا مائية من المحسسات (الأمر الذي يؤدي إلى انخفاض التوافر البيولوجي والسمية الحادة المحتملة).
نحن هنا الإبلاغ عن طريقة لتصنيع وفي المختبر تقييم إجراء النانوية البوليمر المخلوطة مع فوليرين كما الضيائية الجيل القادم لPDT. تتشكل جزيئات طريق التجميع الذاتي للوشبه الموصلة البوليمر MEH-PPV (بولي [2-ميثوكسي-5- (2-ethylhexyloxy) -1،4-phenylenevinylene]) مع PCBM فوليرين (فينيل-C 61 حمض -butyric استر الميثيل) عندما تكون هذه المواد المذابة في متوافق مذيب يتم حقن بسرعة إلى مذيب غير متوافق (الشكل 1A). والدافع وراء اختيار مه PPV-كما البوليمر المضيف عن طريق معامل لانقراض العالية التي تؤدي إلى ارتفاع معدلات تشكيل الثلاثي، وكلاهما فعال وفائق السرعة تهمة ونقل الطاقة إلى PCBM فوليرين 7. هذه الخصائص هي مثالية للتوعية الأكسجين القميص وتشكيل الفائق في PDT.
وفي الواقع تم تطبيق فوليرين في PDT في كل من الشكل الجزيئي وجسيمات متناهية الصغر 13/08. ومع ذلك، سمية الخلايا الشديدة أعاقت مزيد من التطوير 12. نحن هنا تبين أن التغليف الفوليرين في مصفوفة كبيرة من MEH-PPV لانتاج مركب النتائج النانوية MEH-PPV / PCBM في مادة توعية PDT أننيليست السامة للخلايا في جوهرها، ويظهر خصوصية نحو الخلايا السرطانية بسبب حجم جسيمات متناهية الصغر وتهمة السطحية، وعوائد العلاج PDT فعالة للغاية في جرعات الإضاءة الخافتة وذلك بسبب خصائص بالفوتونات المذكورة آنفا.
Protocol
Representative Results
Discussion
لتحقيق امتصاص جسيمات متناهية الصغر من الضروري للحفاظ على بعض التدابير الحاسمة في حين افتعال النانوية. وكان 10 -6 M حل MEH-PPV (المخلوطة مع 50٪ بالوزن PCBM) في THF استعداد لضخ المياه إلى DI، كما لوحظ أن تركيز هذا الحل يلعب دورا هاما في تحديد حجم الجسيمات النانوية التي يجري تش…
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 |
References
- Dolmans, D., Fukumura, D., Jain, R. K. Photodynamic therapy for cancer. Nat Rev Cancer. 3 (5), 380-387 (2003).
- Dougherty, T. J., et al. Photodynamic therapy. J Natl Cancer Inst. 90 (12), 889-905 (1998).
- Ferrari, M. Cancer nanotechnology: Opportunities and challenges. Nat Rev Cancer. 5 (3), 161-171 (2005).
- Oleinick, N. L., Morris, R. L., Belichenko, T. The role of apoptosis in response to photodynamic therapy: what, where, why, and how. Photochem Photobiol Sci. 1 (1), 1-21 (2002).
- Ormond, A., Freeman, H. Dye Sensitizers for Photodynamic Therapy. Materials. 6 (3), 817-840 (2013).
- Pass, H. I. Photodynamic Therapy in Oncology – Mechanisms and Clinical Use. J Natl Cancer Inst. 85 (6), 443-456 (1993).
- Sariciftci, N. S., Smilowitz, L., Heeger, A. J., Wudl, F. Photoinduced electron transfer from a conducting polymer to buckminsterfullerene. Science. 258 (5087), 1474-1476 (1992).
- Sperandio, F. F., et al. Photoinduced electron-transfer mechanisms for radical-enhanced photodynamic therapy mediated by water-soluble decacationic C-70 and C84O2 Fullerene Derivatives. Nanomed-Nanotechnol. 9 (4), 570-579 (2013).
- Fan, J. Q., Fang, G., Zeng, F., Wang, X. D., Wu, S. Z. Water-Dispersible Fullerene Aggregates as a Targeted Anticancer Prodrug with both Chemo- and Photodynamic Therapeutic Actions. Small. 9 (4), 613-621 (2013).
- Grynyuk, I., et al. Photoexcited fullerene C-60 disturbs prooxidant-antioxidant balance in leukemic L1210 cells. Materialwiss Werkstofftech. 44 (2-3), 139-143 (2013).
- Liu, X. M., et al. Separately doped upconversion-C-60 nanoplatform for NIR imaging-guided photodynamic therapy of cancer cells. Chem Commun. 49 (31), 3224-3226 (2013).
- Trpkovic, A., Todorovic-Markovic, B., Trajkovic, V. Toxicity of pristine versus functionalized fullerenes: mechanisms of cell damage and the role of oxidative stress. Arch Toxicol. 86 (12), 1809-1827 (2012).
- Chen, Z. Y., MA, L. J., Liu, Y., Chen, C. Y. Applications of Functionalized Fullerenes in Tumor Theranostics. Theranostics. 2 (3), 238-250 (2012).
- Park, S. H., et al. Bulk heterojunction solar cells with internal quantum efficiency approaching 100%. Nat Photonics. 3 (5), 297-302 (2009).
