تركيب Immunotargeted مغناطيسي plasmonic Nanoclusters
Summary
هنا، نحن تصف بروتوكول لتخليق الجسيمات النانوية الممغنطة plasmonic مع لحظة مغناطيسية قوية والأشعة تحت الحمراء القريبة (الجرد) الامتصاصية قوي. ويشمل البروتوكول أيضا الأجسام المضادة الاقتران إلى النانوية من خلال شاردة التيسير لمختلف التطبيقات الطبية الحيوية التي تتطلب استهداف محدد الجزيئي.
Abstract
الخواص المغناطيسية وplasmonic مجتمعة في جسيمات متناهية الصغر واحدة توفر التعاون الذي هو مفيد في عدد من التطبيقات الطبية الحيوية بما في ذلك تعزيز التباين في طرائق التصوير magnetomotive جديدة، القبض في وقت واحد وكشف تعميم الخلايا السرطانية (CTCs)، والتصوير الجزيئي المتعدد الوسائط جنبا إلى جنب مع العلاج حراري ضوئي؛ ضوحراري الخلايا السرطانية. وقد حفزت هذه التطبيقات اهتماما كبيرا في تطوير بروتوكولات لتخليق الجسيمات النانوية الممغنطة plasmonic مع الامتصاصية الضوئية في الأشعة تحت الحمراء القريبة (الجرد) والمنطقة لحظة مغناطيسية قوية. هنا، نقدم بروتوكولا جديدا لتوليف هذه الجسيمات النانوية الهجينة التي تعتمد على طريقة microemulsion النفط في المياه. ميزة فريدة من بروتوكول الموصوفة هنا هي تجميع الجسيمات النانوية الممغنطة plasmonic من مختلف الأحجام من كتل الأولية التي لديها أيضا خصائص مغناطيسي، plasmonic. هذا النهج غلة النانوية مع دن عاليةSITY من الوظائف المغناطيسية وplasmonic التي تتوزع بشكل موحد في جميع أنحاء حجم جسيمات متناهية الصغر. النانوية المختلطة بين functionalized يمكن بسهولة عن طريق ربط الأجسام المضادة من خلال شاردة التيسير وترك جزء فاب هي المسؤولة عن مستضد ملزمة متاح للاستهداف.
Introduction
يمكن النانوية المختلطة التي تتكون من مواد مختلفة مع خصائص الفيزيائية متميزة فتح فرص جديدة في التطبيقات الطبية الحيوية بما في ذلك التصوير الجزيئي المتعدد الوسائط، والتسليم العلاج والرصد والفحص جديد وفحوصات تشخيصية 1-3. مزيج من خصائص plasmonic والمغناطيسية في جسيمات متناهية الصغر وحيدة هي ذات أهمية خاصة لأنه يوفر قوية جدا تشتت الضوء وامتصاص عبر الفروع المرتبطة الأصداء مأكل والاستجابة لمجال مغناطيسي. على سبيل المثال، تم استخدام الجسيمات النانوية الممغنطة plasmonic لزيادة التباين في التصوير الحقل المظلم من الخلايا المسمى من خلال تطبيق تعديل إشارة الزمني عبر مغناطيس كهربائي خارجي 3-5. وفي الآونة الأخيرة، تم تطبيق مبدأ مماثل في تطوير طريقة التصوير الجديدة – التصوير الضوئي مغناطيسي، حيث تمكن الجسيمات النانوية الممغنطة plasmonic تحسينات كبيرة في التباين والفئران إشارة إلى الخلفيةIO 6،7. وقد تبين أيضا أن جزيئات هجينة يمكن استخدامها لالتقاط وكشف عن الخلايا السرطانية المنتشرة في الدم الكامل والحية 8،9 في وقت واحد. وعلاوة على ذلك، الجسيمات النانوية الممغنطة plasmonic واعدة وكلاء theranostic والتي يمكن استخدامها لالجزيئي التصوير الضوئي وMR محددة جنبا إلى جنب مع العلاج حراري ضوئي؛ ضوحراري الخلايا السرطانية 10.
تم استكشاف عدة طرق لتخليق الجسيمات النانوية الممغنطة plasmonic. على سبيل المثال، يو وآخرون. تحلل وتستخدم أكسدة الحديد (CO) 5 على جزيئات الذهب لتشكيل مثل الدمبل bifunctional الاتحاد الافريقي الحديد 3 O 4 النانوية 11. وانغ وآخرون. وتوليفها المغلفة الذهب أكسيد الحديد جسيمات متناهية الصغر باستخدام طريقة التحلل الحراري 12. بعض المناهج الأخرى تعتمد على طلاء البوليمر أو أمين الجزيئات النانوية الوظيفية على جوهر المغناطيسية تليها ترسب AGقذيفة قديمة على سطح البوليمر لخلق هجين جسيمات 7،13. بالإضافة إلى ذلك، كانت تعلق جزيئات أكسيد الحديد لنانواعواد الذهب عن طريق التفاعلات كهرباء أو تفاعل كيميائي 14،15. على الرغم من أن هذه النهج تسفر النانو مغناطيسي، plasmonic، أنها تنازلات لبعض الخصائص مدى مزيج مغناطيسي plasmonic مثل الامتصاصية الضوئية في الأشعة تحت الحمراء القريبة (الجرد) نافذة أو لحظة المغناطيسية القوية وكلاهما مرغوب فيه للغاية في التطبيقات الطبية الحيوية. على سبيل المثال، الاتحاد الافريقي الدمبل، الحديد 3 O 4 النانوية لها صدى مأكل الذروة في 520 نانومتر مما يحد من فائدتها في الجسم الحي بسبب تعكر النسيج عالية في هذا النطاق الطيفي. وعلاوة على ذلك، فإن الجسيمات النانوية الممغنطة plasmonic التي تنتجها البروتوكولات الحالية تقتصر على واحدة فقط 11 أو قليلة (أقل من 10) 14،15 الأنصاف مغنطيسية مسايرة فائقة superparamagnetic (مثل جزيئات أكسيد الحديد) التي هي أقل بكثير مما يمكن أن يكون منظمة العمل ضد الجوعieved في البنية النانوية المزدحمة بالسكان. على سبيل المثال، يمكن أن تحتوي على المكتظ 60 نانومتر قطر جسيمات متناهية الصغر كروية بناء على أمر من ألف من 6 جزيئات مغنطيسية مسايرة فائقة superparamagnetic نانومتر. وبالتالي، هناك غرفة كبيرة لتحسين الخواص المغناطيسية للجزيئات هجينة. وعلاوة على ذلك، بعض البروتوكولات التي سبق وصفها معقدة نسبيا وتتطلب حذرا الأمثل من أجل تجنب تجميع الجسيمات خلال التوليف 14،15.
هنا، نحن تصف بروتوكول لتخليق الجسيمات النانوية الممغنطة plasmonic مع لحظة مغناطيسية قوية والامتصاصية الجرد الوطني القوي الذي يعالج القيود الرئيسية من الفن الحالي. تركيب جذوره في النفط في مياه طريقة microemulsion 16. لأنه يقوم على تجميع جزيئات من الحجم المطلوب من الجسيمات الأولية أصغر من ذلك بكثير. وقد استخدم هذا الأسلوب بنجاح لإنتاج النانو من مادة واحدة مثل الذهب، وأكسيد الحديد، والحزب الثوري المؤسسي أشباه الموصلاتماري الجسيمات 16. نحن تمديده لتركيب الجسيمات النانوية الممغنطة بواسطة plasmonic، أولا، مما يجعل قطرها 6 نانومتر الذهب قذيفة / جسيمات أكسيد الحديد الأساسية و، ثم، وتجميع الجسيمات الأولية المختلطة في البنية النانوية كروية النهائية. تجميع الجسيمات الأولية إلى nanoclusters لا يسمح تعزيز خصائص الجسيمات النانوية المكونة، مثل تحقيق لحظة المغناطيسية أقوى مع الحفاظ على خصائص مغنطيسية مسايرة فائقة superparamagnetic، ولكن أيضا يستفيد من التفاعلات بين الجسيمات النانوية الفردية وبالتالي خلق خصائص جديدة غائبة عن الجسيمات النانوية المكونة، مثل قوية الامتصاصية البصرية في إطار الجرد الوطني. هذا البروتوكول ينتج جزيئات هجينة ذات الكثافة العالية من الوظائف المغناطيسية وplasmonic. بعد synthetized الجسيمات الأولية، أسلوبنا هو في الأساس رد فعل بسيط وعاء واحد. يتم تحديد قوة مأكل صدى الشاملة والعزم المغناطيسي من قبل عدد من الجسيمات الأولية و، ذرefore، يمكن أن يكون الأمثل بسهولة اعتمادا على التطبيق. وعلاوة على ذلك، كما قمنا بتطوير إجراء لتصريف الأجسام المضادة لالنانوية الهجينة لمختلف التطبيقات الطبية الحيوية التي تتطلب استهداف محدد الجزيئي. وتعلق الأجسام المضادة من خلال شاردة التيسير وترك جزء فاب هي المسؤولة عن مستضد ملزمة متاح للاستهداف.
Protocol
Representative Results
Discussion
وتشمل الخطوات الحاسمة في التوليف الناجح للnanoclusters مغناطيسي plasmonic صنع monodispersed عالية الذهب الأساسي قذيفة / الحديد النانوية أكسيد الأساسية وتوجيه التجميع الذاتي للجزيئات الأولية إلى nanoclusters. وهناك نسبة المولي بين الجسيمات الأولية والسطحي تلعب دورا هاما في تحديد حجم ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذا العمل في جزء من المنح NIH R01 R01 CA103830 EB008101 و.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| PYREX 50mL Round Bottom Boiling Flask with Short Neck & 24/40 [ST] Joint | Corning | 4320A-50 | Thermal decomposition reaction |
| PYREX 41 x 300mm 5-Bulb Allihn Condenser with 24/40 [ST] Outer/Inner Joints | Corning | 2480-300 | Thermal decomposition reaction |
| Silicone Oil | Fisher | S159-500 | Oil bath |
| Hot Plate Stirrer | Corning | PC-351 | Heat the reacton with stirring function |
| Thermometer | ThermoWorks | 221-092 | Measure temperature |
| Iron (III) Acetylacetonate | Fisher | AC11913-0250 | Materials for primary hybrid nanoparticles synthesis |
| Oleic Acid 99% | Fisher | A195-500 | |
| Gold (III) Acetate | Fisher | AA3974206 | |
| Hexane | Fisher | H292-1 | |
| Phenyl Ether 99% | Fisher | AC13060-0025 | |
| 1,2-Hexadecanediol 90% | Sigma | 213748-50G | |
| Oleylamine 70% | Sigma | O7805-100G | |
| Sodium Dodecyl Sulfate | Fisher | BP166-100 | Cluster synthesis |
| Sodium Citrate Dihydrate | Sigma | W302600 | |
| Monoclonal Anti-EGF Receptor Antibody | Sigma | E2156 | Cell labeling specificity test |
| Monoclonal Anti-HER2 Antibody | Sigma | AMAB90627 | Cell labeling specificity test |
| Sodium Periodate | Sigma | 311448 | Oxidate Fc region of antibodies |
| Dithiolaromatic PEG6-CONHNH2 | SensoPath Technologies | SPT-0014B | Heterofunctional linker for antibody conjugation to nanoclusters |
| Methoxy-PEG-thiol, 5k | Creative PEGworks | PLS-604 | Passivate the remaining gold surface after antibody conjugation |
| Amicon Ultra-4 Centrifugal Filter Unit with Ultracel-10 membrane | Millipore | UFC801008 | Protien purification |
| HEPES | Sigma | H3375 | Buffer |
| PBS, 1X Solution | Fisher | BP2438-20 | Buffer |
| UV−vis Spectroscopy | BioTek | Synergy HT | Obtain spectrum |
| Centrifuge | Eppendorf | 5810R | Separation |
| Transmission Electron Microscope | FEI | TECNAI G2 F20 X-TWIN | Obtain morphology of nanostructures |
| Upright microscope | Leica | DM6000 | Obtain dark-field images |
| Sonicator | Branson | 1510 | Sonication |
| Carbon Film 300 Mesh Grid | EMS | CF300-Cu | TEM imaging |
| 96-well Plate | Corning | 09-761-145 | UV-vis reading plate |
References
- Bigall, N. C., Parak, W. J., Dorfs, D. Fluorescent, magnetic and plasmonic—Hybrid multifunctional colloidal nano objects. Nano Today. 7, 282-296 (2012).
- Gautier, J., Allard-Vannier, E., Herve-Aubert, K., Souce, M., Chourpa, I. Design strategies of hybrid metallic nanoparticles for theragnostic applications. Nanotechnology. 24, 432002 (2013).
- Wei, Q., Wei, A. Optical imaging with dynamic contrast agents. Chemistry. 17, 1080-1091 (2011).
- Aaron, J. S., et al. Increased optical contrast in imaging of epidermal growth factor receptor using magnetically actuated hybrid gold/iron oxide nanoparticles. Optics express. 14, 12930-12943 (2006).
- Song, H. -. M., Wei, Q., Ong, Q. K., Wei, A. Plasmon-resonant nanoparticles and nanostars with magnetic cores: synthesis and magnetomotive imaging. ACS nano. 4, 5163-5173 (2010).
- Qu, M., et al. Magneto-photo-acoustic imaging. Biomedical optics express. 2, 385-396 (2011).
- Jin, Y., Jia, C., Huang, S. -. W., Donnell O&39, M., Gao, X. Multifunctional nanoparticles as coupled contrast agents. Nature communications. 1, 41 (2010).
- Wu, C. -. H., et al. Versatile Immunomagnetic Nanocarrier Platform for Capturing Cancer Cells. ACS. 7, 8816-8823 (2013).
- Galanzha, E. I., et al. In vivo magnetic enrichment and multiplex photoacoustic detection of circulating tumour cells. Nature nanotechnology. 4, 855-860 (2009).
- Larson, T. A., Bankson, J., Aaron, J., Sokolov, K. Hybrid plasmonic magnetic nanoparticles as molecular specific agents for MRI/optical imaging and photothermal therapy of cancer cells. Nanotechnology. 18, 325101 (2007).
- Yu, H., et al. Dumbbell-like bifunctional Au-Fe3O4 nanoparticles. Nano letters. 5, 379-382 (2005).
- Wang, L., et al. Monodispersed core-shell Fe3O4@Au nanoparticles. The journal of physical chemistry. B. 109, 21593-21601 (2005).
- Wang, H., Brandl, D. W., Le, F., Nordlander, P., Halas, N. J. Nanorice: a hybrid plasmonic nanostructure. Nano letters. 6, 827-832 (2006).
- Hu, X., et al. Trapping and Photoacoustic Detection of CTCs at the Single Cell per Milliliter Level with Magneto‐Optical Coupled Nanoparticles. Small. 9, 2046-2052 (2013).
- Truby, R. L., Emelianov, S. Y., Homan, K. A. Ligand-mediated self-assembly of hybrid plasmonic and superparamagnetic nanostructures. Langmuir. 29, 2465-2470 (2013).
- Bai, F., et al. A Versatile Bottom‐up Assembly Approach to Colloidal Spheres from Nanocrystals. Angewandte Chemie International Edition. 46, 6650-6653 (2007).
