Terapia fotodinámica con Blended polímero conductor / Fullerene nanopartículas fotosensibilizadores
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
En la terapia fotodinámica (PDT) fotosensibilizadores se administran a un tejido diana, y tras la exposición a la luz el fotosensibilizador genera especies reactivas del oxígeno (ROS). Especies ROS como el oxígeno singlete y superóxido pueden inducir estrés oxidativo y el daño estructural posterior a las células y tejidos 1.4. Debido a su facilidad de aplicación de este método se ha investigado activamente y los ensayos clínicos se han producido 5,6. Sin embargo, las cuestiones importantes, tales como toxicidad en la oscuridad de los sensibilizadores, la sensibilidad del paciente a la luz (debido a la distribución no selectiva del sensibilizador), y la hidrofobicidad de los sensibilizadores (que conduce a la reducción de la biodisponibilidad y el potencial de toxicidad aguda) permanecen.
Aquí se presenta un método para la fabricación e in vitro de evaluación de la realización de las nanopartículas de polímeros mezclados con fullereno como los fotosensibilizadores de próxima generación para PDT. Las nanopartículas se forman por agregación de auto-el polímero semiconductor MEH-PPV (poli [2-metoxi-5- (2-etilhexiloxi) -1,4-fenilenvinileno]) con el PCBM fullereno (fenil-C 61 butírico metil éster de ácido), cuando estos materiales se disolvieron en una compatible disolvente se inyectan rápidamente en un solvente no compatible (Figura 1A). La elección del MEH-PPV como el polímero anfitrión está motivada por su alto coeficiente de extinción que conduce a altas tasas de formación de trío, y tanto la carga y transferencia de energía eficiente y ultrarrápido a la PCBM fullereno 7. Estas propiedades son ideales para la sensibilización de oxígeno singlete y la formación de superóxido en PDT.
Fullerene de hecho se ha aplicado en PDT, tanto en forma molecular y nanopartículas 08.13. Sin embargo, la citotoxicidad severa ha dificultado aún más el desarrollo 12. Aquí mostramos que encapsula el fullereno en una matriz anfitrión MEH-PPV de rendimiento compuesto de nanopartículas MEH-PPV / PCBM resultados en un material de sensibilización de PDT que iNo es citotóxico intrínsecamente, muestra especificidad hacia las células cancerosas debido al tamaño de nanopartículas y la carga superficial, y los rendimientos de tratamiento altamente eficaz PDT a dosis bajas de luz debido a las propiedades fotofísicas antes mencionados.
Protocol
Representative Results
Discussion
Para lograr la captación de nanopartículas que era necesario mantener algunas medidas críticas, mientras que la fabricación de las nanopartículas. Una solución MEH-PPV M 10 -6 (mezclado con 50% en peso PCBM) en THF estaba preparado para inyectar en agua DI, ya que se observó que la concentración de esta solución juega un papel importante en la determinación del tamaño de las nanopartículas se está formando. Concentración se comprobó mediante espectroscopía de UV-vis. Tenga en cuenta que en el …
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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