Immunotargeted磁気プラズモニックナノクラスターの合成
Summary
ここでは、強力な磁気モーメントと強い近赤外（NIR）吸光度磁気プラズモニックナノ粒子の合成のためのプロトコルを記述します。このプロトコルはまた、分子特異的な標的化を必要とするさまざまな生物医学アプリケーションのためのFc部分を介してナノ粒子への抗体結合が含まれています。
Abstract
単一ナノ粒子に複合磁気とプラズモニック特性は、コントラスト小説磁力の画像診断法の向上、同時キャプチャと（のCTC）循環腫瘍細胞の検出、および光熱療法と併用マルチモーダル分子イメージングなど、生物医学アプリケーションの数で有利である相乗効果を提供癌細胞の。これらのアプリケーションは、近赤外（NIR）領域での光吸収率と強い磁気モーメントを持つ磁気プラズモニックナノ粒子の合成のためのプロトコルの開発に大きな関心を刺激してきた。ここでは、水中油型マイクロエマルション法に基づいているようなハイブリッドナノ粒子の合成のための新規なプロトコルを提示する。ここに記載されたプロトコルのユニークな特徴は、磁気プラズモニック特性があり、一次ブロックからさまざまなサイズの磁気プラズモニックナノ粒子の合成である。このアプローチは、高いデンを有するナノ粒子が得られ均一にナノ粒子の体積全体に分散されている磁気およびプラズモニック機能のsity。ハイブリッドナノ粒子は、容易に標的とするための利用可能な抗原結合を担うFab部分を残して、Fc部分を介して抗体を結合することによって官能化することができる。
Introduction
個別の物理化学的特性を有する異なる材料からなるハイブリッドナノ粒子は、マルチモーダル分子イメージング、治療送達およびモニタリング、新たなスクリーニングおよび診断アッセイ1-3を含む生物医学的応用に新たな機会を開くことができます。それはプラズモン共鳴磁場に対する応答に関連付けられた非常に強い光散乱および吸収断面積を提供するので、単一ナノ粒子における表面プラズモンと磁気特性との組み合わせは、特に興味深い。例えば、磁気プラズモニックナノ粒子は、外部電磁石3-5を経由して時間信号の変調を適用することにより、標識された細胞の暗視野イメージングでのコントラストを高めるために使用した。磁気光音響イメージング、磁気プラズモニックナノ粒子は、コントラストと信号対バックグラウンドラットに大きな改善を可能にする – 最近では、同様の原理は、新しいイメージングモダリティの開発に適用されたioは6,7。また、ハイブリッドナノ粒子は、全血およびインビボ 8,9 中の循環腫瘍細胞の同時捕捉および検出のために使用できることが示された。さらに、磁気プラズモニックナノ粒子は、癌細胞10の光熱療法と組み合わせた分子の特定の光学的及びMRイメージングのために使用することができるセラノスティック剤が有望である。
いくつかのアプローチが磁気プラズモニックナノ粒子の合成のために調査した。例えば、Yu らダンベル状の二官能性のAuのFe 3 O 4ナノ粒子11を形成するために、金ナノ粒子上のFe（CO）5の分解や酸化を利用した。 Wang らは、熱分解法12を用いて、金被覆酸化鉄ナノ粒子を合成した。いくつかの他のアプローチは、Agを堆積する磁気コアナノ粒子上にコーティングポリマーまたはアミン機能性分子に依存しているハイブリッド粒子7,13を作成するために、ポリマー表面上に古いシェル。また、酸化鉄ナノ粒子は、静電的相互作用または化学反応14,15を介して金ナノロッドに結合させた。これらのアプローチは、磁気プラズモニックナノ構造をもたらすが、それらはそのような生物医学的用途において非常に望ましい両方とも、近赤外（NIR）ウィンドウ内の光吸収や強い磁気モーメントとして磁気プラズモニック組み合わせのある程度特性に妥協。例えば、ダンベルのAuのFe 3 O 4ナノ粒子に起因このスペクトル範囲において高い組織濁度インビボにおけるそれらの有用性を制限する520nmでのプラズモン共鳴ピークを有する。さらに、現在のプロトコルによって生成される磁気プラズモニックナノ粒子は、ACHかもしれないよりもはるかに少ないつだけ11または数（10未満）14,15超常磁性部分（ 例えば 、酸化鉄ナノ粒子）に制限されています高密度に充填されたナノ構造にieved。例えば、高密度に充填された直径60nmの球状ナノ粒子は、千6 nmの超常磁性ナノ粒子のオーダーに含めることができます。そのため、ハイブリッドナノ粒子の磁気特性を向上させるための大きな余地がある。また、前述のプロトコルのいくつかは、比較的複雑であり、合成14,15の間に粒子の凝集を回避するために慎重な最適化を必要とする。
ここでは、強力な磁気モーメントと現在の技術の主要な制限に対処する強力な近赤外吸光度磁気プラズモニックナノ粒子の合成のためのプロトコルを記述します。合成は、水中油型マイクロエマルション法16においてその起源を持っています。それは、はるかに小さい一次粒子から所望の大きさのナノ粒子のアセンブリに基づいています。このアプローチは成功し、金、酸化鉄、及び半導体PRIのような単一の材料からナノ構造を生成するために使用されているメアリーは16粒子 。私たちは、最終的な球状のナノ構造体への一次ハイブリッド粒子を組み立て、その後、6 nmの直径の金のシェル/酸化鉄コア粒子を製造し、第による磁気プラズモニックナノ粒子の合成に拡張する。ナノクラスターに一次粒子の組み立ては、このような超常磁性の特性を維持しながら、より強力な磁気モーメントを達成する等の構成ナノ粒子の特性を高めることができますが、またこうしてこのような強力等の構成のナノ粒子、欠席新しい特性を作成し、個別のナノ粒子間の相互作用を利用しているだけでなく、 NIRウィンドウ内の光吸収。このプロトコルは、磁気およびプラズモニック機能の高密度ハイブリッドナノ粒子が得られます。一次粒子が合成された後、本手法は、基本的に単純なワンポット反応である。全体的なプラズモン共鳴強度および磁気モーメントが一次粒子と、THERの数によって決定されるお使いになる前に、容易にアプリケーションに応じて最適化することができる。さらに、私たちはまた、分子特異的な標的化を必要とするさまざまな生物医学的用途のためのハイブリッドナノ粒子に抗体結合のための手順を開発しました。抗体は、抗原が標的化するための利用可能な結合を担うFab部分を残して、Fc部分を介して結合されている。
Protocol
Representative Results
Discussion
磁気プラズモニックナノクラスターの合成に成功における重要なステップは、高度に単分散し、一次ゴールドシェル/鉄酸化物コア粒子を作製し、ナノクラスターに一次粒子の自己組織化を指示することを含む。一次粒子と界面活性剤とのモル比は、ナノクラスターのサイズ分布を決定する際に重要な役割を果たしている。一次粒子の不均一なサイズ分布は、磁気プラズモニックナノクラスタ…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品は、NIHの助成金R01 EB008101とR01 CA103830によって部分的にサポートされていました。
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).
