JoVE Journal > Cancer Research
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Automatic Translation
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Cancer Research

Yüzey gelişmiş rezonans Raman nanoprobe Ratiometry mikroskobik yumurtalık kanseri folat reseptör via algılamak için saçılma hedefleme

Published: March 25, 2019
doi:
10.3791/58389
, , , , ,
1Department of Radiology,Memorial Sloan Kettering Cancer Center, 2Department of Chemistry,The Graduate Center of the City University of New York, 3Molecular Pharmacology Program,Memorial Sloan Kettering Cancer Center, 4Center for Molecular Imaging and Nanotechnology (CMINT),Memorial Sloan Kettering Cancer Center, 5Gerstner Sloan Kettering Graduate School of Biomedical Sciences, 6Department of Radiology,Weill Cornell Medical College of Cornell University, 7Dana-Farber Cancer Institute and Harvard Medical Center

Summary

Yumurtalık kanseri metastaz peritoneal kavite oluşturur. Burada, biz yapmak için bir iletişim kuralı mevcut ve kullanım folat reseptör yüzey gelişmiş rezonans yüksek özgüllük ile ratiometric görüntüleme ile bu lezyonlar ortaya Raman saçılması Nano sondaları hedef. Nano-sondalar intraperitoneally yaşayan fareler için yönetilen ve türetilmiş görüntüleri de Histoloji ile aralarındaki ilişkileri belirlemektir.

Abstract

Yumurtalık kanseri en ölümcül jinekolojik malignite temsil eder. Çoğu hasta bir ileri aşamada (FIGO Aşama III veya IV), mevcut ne zaman yerel metastatik yaymak zaten oluştu. Ancak, yumurtalık kanseri tümörü implantlar başlangıçta peritoneal kavite içinde yer alan benzersiz bir desen metastatik yayılan sahiptir. Bu özellik, ilke olarak, tümör implantlar iyileştirici niyetiyle tam rezeksiyon sağlayabilir. Mikroskobik, yapım onları teşhis ve tedavi etmek zor bu metastatik lezyonlar çoğu. Böyle micrometastases nötralize tümörün nüks ortadan kaldırarak ve uzun süreli sağkalım sağlanması yolunda önemli bir hedef olduğuna inanılıyor. Yüzey gelişmiş rezonans Raman saçılması nano-sondalar Imaging Raman onların parlak nedeniyle yüksek hassasiyet ile mikroskobik tümör ve bioorthogonal spektral imza betimlemek için kullanılabilir. Burada, biz iki ‘tatlar’ böyle nano-sondalar sentezi tarif: folat reseptör hedefleyen bir antikor functionalized — birçok yumurtalık kanserleri overexpressed — ve farklı spectra ile bir sigara hedefli denetim nanoprobe. Nano-sondalar co intraperitoneally fare modelleri metastatik insan yumurtalık adenokarsinom için yönetilen vardır. Tüm hayvan çalışmaları kurumsal hayvan bakım ve Memorial Sloan Kettering Kanser Merkezi, kullanım Komitesi tarafından kabul edildi. Hayvanlar Periton boşluğuna cerrahi olarak maruz, yıkanmış ve Raman microphotospectrometer ile inceden inceye gözden geçirmek. Daha sonra iki nano-sondalar Raman imzalarını klasik en küçük kareler uygun algoritmasıyla bilgisini iletmiyor ve folat hedefli bir ratiometric sinyal üzerinde hedeflenmemiş probları sağlamak için ilgili puanları bölünmüş. Bu şekilde, mikroskobik metastaz yüksek özgüllük ile görüntülenir. Bu yaklaşımın ana parası peritoneal kavite içine yerel uygulama böyle — hangi-ebilmek kılınmak kolayca cerrahi işlem sırasında — tümörler hasta sistemik nanopartikül maruz tabi olmadan etiketleyebilirsiniz. Yanlış pozitif nano-sondalar visseral yüzeyler üzerine belirsiz bağlama kaynaklanan farklı Raman imza ile hedeflenen ve sigara hedefli Nano sondaları bir karışımı uygulandığı bir ratiometric yaklaşım izleyerek elimine edilebilir sinyalleri. İşlem şu anda hala bir ticari geniş alanlı Raman görüntüleme sağlayacak bir kez kullanılabilir tiyatrodan Bu teknikte uygulanması için kamera sistemi eksikliği ile sınırlıdır.

Introduction

Raman ‘Yüzey gelişmiş Raman saçılma ile’ Imaging (SERS) nano tanecikleri büyük söz çeşitli ayarları lezyonlarının operasyona göstermiştir ve birçok farklı tümör türleri1,2,3,4 . Ana SERS nano tanecikleri onları biyolojik arka plan sinyalleri5tarafından şaşırmış değil tartışılmaz algılama saglayan onların parmak izi gibi spektral imza avantajdır. Ayrıca, verilmiş sinyalin yoğunluğunu daha fazla ile belgili tanımlık kullanma (boya) muhabir moleküllerin Absorbans maxima ‘yüzey gelişmiş rezonans Raman saçılma için’ sebebiyet veren uyarma lazer doğrultusunda AMPLİFİKATÖRLÜ (SERRS) nano tanecikleri ile daha fazla hassasiyet6,7,8,9,10,11,12.

İntravenöz enjeksiyon sistemik neden olur SE(R)RS nano tanecikleri13 kabulü için ele alınması gereken bir bariyer ve birçok diğer nanopartikül yapıları14,15 klinik kullanım için onların yönetim modudur Aracısı, pozlama ve olası yan etkileri dışlamak için kapsamlı testler gerektirmektedir. Bu makalede, biz farklı bir paradigma nano tanecikleri uygulama dayalı mevcut yerel olarak vivo içindeameliyat sırasında Periton boşluğu içine doğrudan takip herhangi bir ilişkisiz nano tanecikleri1kaldırmak için çamaşır adım. Ayrıca yapmak, şu anda soruşturma altında yeni tedavi yaklaşımları doğrultusunda bu yaklaşımdır aracıları yerel korumak hyperthermic mayi kemoterapi (HIPEC) denilen Periton boşluğu içine kullanın. Böylece, prensip kendisini klinik bir iş akışı içine entegre nispeten kolay olmalıdır. Biz nano tanecikleri biodistribution sonra mayi uygulama inceledik ve sistemik dolaşımı1içine herhangi bir tespit emme tekniği değil. Nano tanecikleri gerekli sayıda belirgin azalır bu yüzden ek olarak, yerel uygulama yaklaşım nano tanecikleri haciz retiküloendotelyal sistem tarafından kaçınmanızı sağlar. Ancak, topikal uygulanan, antikor functionalized nano tanecikleri bile yokluğunda onların hedef, visseral yüzeyler üzerine uygun eğilimindedir. Yanlış pozitif sinyaller non-spesifik nanopartikül yapışma nedeniyle en aza indirmek için biz nerede bir tatlı hedeflenen nanoprobe belirli sinyal ve farklı Raman spektrumu ile bir sigara hedefli denetim nanoprobe sağlar bir ratiometric yaklaşım, takip, non-spesifik arka plan16,17için hesaplar. Bu metodoloji topikal uygulanan yüzey gelişmiş rezonans Raman ratiometric spektroskopisi son dağınık yumurtalık kanseri1bir fare modeli olarak göstermiştir.

Bu yöntem genel amacı iki SERRS nano-sondalar, bir hedef geliştirmektir ve bir yerel olarak fare modellerinde, yaygınlık/overexpression bir kanser görüntü için uygulanmış olması için belirsiz, ratiometric hafiye-in iki problar kullanarak biyomarker ilgili yolu ile Raman görüntüleme. Bu bir işaret upregulated birçok yumurtalık kanserleri18,19olarak bu çalışmada, folat reseptör (FR) hedef olarak seçildi. Raman microimaging SERS tabanlı nano tanecikleri ile de kanser hücre kimliği20için göstermiştir. İki ayrı “tatlar” Raman nano tanecikleri sentezlenmiş, her farklı bir organik boya onun parmak izi türetme. Nano tanecikleri bir yıldız şeklinde altın çekirdek bir silika kabuk tarafından çevrili oluşur ve yüzey plasmon rezonans yaklaşık 710, göstermek nm. Raman muhabir (organik boya) silis kabuk oluşumu ile aynı anda yatırılır. Son olarak, Sigara hedefli nano-sondalar (nt-NPs) polietilen glikol (PEG) monolayer ile düzgünleştirilecek ise FR hedefli nano-sondalar için (αFR-NPs) antikorları ile silis kabuk Birleşik.

Bu tekniği başarıyla içinde vivo kullanım için onun uygulanabilirliği gösteren diffüz metastatik yumurtalık kanseri (SKOV-3), bir fare xenograft model içinde mikroskobik tümör eşleştirmek için kullanılır. Ayrıca tümör fenotipleme veya bir soydaş çalışma21‘ de gösterilen gibi debulking sonra kenar boşluğu tayin için çıkarılan dokular, kullanmak için genişletilebilir.

SERRS nano-sondalar biyolojik, şematik Resim 1‘ de özetlenen basit kimyasal reaksiyonlar ile sentezlenmiş için birden çok hedef etiket oluşturmak için sağlam bir platform sağlamaktadır. Burada, SERRS nano-sondalar (Bölüm 1-3) iki tür sentezi için protokol, uygun yumurtalık kanseri fare modeli (Bölüm 4) geliştirilmesi, nano-sondalar ve görüntüleme (Bölüm 5) İdaresi ve son olarak veri analizi mevcut ve görselleştirme (Bölüm 6).

Protocol

Tüm hayvan çalışmaları kurumsal hayvan bakım ve kullanım Komitesi, Memorial Sloan Kettering Kanser Merkezi (#06-07-011) tarafından kabul edildi. 1. altın Nanostar çekirdek sentezi Not: Altın nanostars SERRS nano-sondalar bu deneyde kullanılan her iki tatlar için çekirdek kullanılır. 800 mL deiyonize (DI) su ve 8 mL 20 mM tetrachloroauric asit (HAuCl4) çözeltisi DI suda 60 mM askorbik asit (C6H8<…

Representative Results

Kalite kontrol amaçlı nano tanecikleri TEM, DLS, nanopartikül izleme analizi ve UV/Vis Absorbans spektroskopisi, Şekil 2′ de gösterildiği gibi sentez işlemi sırasında çeşitli yöntemler kullanarak karakterize edilebilir. Bu şekilde, altın nanostar çekirdek (anlatıldığı Bölüm 1) boyutunu, Silis kabuk (Bölüm 2) oluşumu ve sonraki yüzey functionalization (Bölüm 3) olabilir (<s…

Discussion

Burada açıklanan protokol iki “tatlar” SERRS nano-sondalar sentezi ve onların istihdam farelerde talimatı Raman için sağlar ratiometric algoritmasıyla folat reseptör overexpressing yumurtalık tümörü Imaging. Raman (floresan gibi) optik diğer görüntüleme teknikleri üzerinde görüntüleme büyük avantajı ile biyolojik kökenli herhangi bir sinyal şaşırmış nanoprobe sinyal yüksek özgüllüğü olduğunu. Bu şekillenme Imaging Raman nano tanecikleri intravenöz, ancak yerel olarak, bir tek çamaş…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Aşağıdaki finansman kaynakları (için MFK) kabul vardır: NIH R01 EB017748, R01 CA222836 ve K08 CA16396; Damon Runyon’un-Rachleff yenilik ödülü DRR-29-14, Pershing Square Sohn ödül Pershing Square Sohn kanser araştırma İttifak ve MSKCC moleküler görüntüleme & nanoteknoloji (CMINT) ve Teknoloji Geliştirme Merkezi tarafından verir. İlgili kaynaklar da MSKCC NIH çekirdek Grant (P30-CA008748) tarafından sağlanan hibe fon desteği için genişletilir.

Materials

Name of Reagent
Ascorbic acid Sigma-Aldrich A5960
3-MPTMS Sigma-Aldrich 175617
Ammonium hydroxide (28%) Sigma-Aldrich 338818
Anti-Folate Receptor antibody [LK26]  AbCam ab3361
Dimethyl sulfoxide Sigma-Aldrich 276855
Dimethyl sulfoxide (anhydrous) Sigma-Aldrich 276855
Ethanol Sigma-Aldrich 792780
IR140 Sigma-Aldrich 260932
IR780 perchlorate* Sigma-Aldrich 576409 Discontinued*
Isopropanol Sigma-Aldrich 650447
N.N.Dimethylformamide Sigma-Aldrich 227056
PEG crosslinker Sigma-Aldrich 757853
PEG-maleimide Sigma-Aldrich 900339
Tetrachloroauric Acid Sigma-Aldrich 244597
Tetraethyl Orthosilicate Sigma-Aldrich 86578
*IR792 Sigma-Aldrich 425982 *Alternative
Name of Equipment
Dialysis cassette (3,500 MWCO) ThermoFIsher 87724
Centrifugal filters Millipore UFC510096
inVia confocal Raman microscope Renishaw
MATLAB (v2014b) Mathworks
PLS Toolbox (v8.0) Eigenvector research
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Oseledchyk, A., Andreou, C., Wall, M. A., Kircher, M. F. Folate-Targeted Surface-Enhanced Resonance Raman Scattering Nanoprobe Ratiometry for Detection of Microscopic Ovarian Cancer. ACS Nano. 11 (2), 1488-1497 (2017).
  2. Andreou, C., et al. Imaging of Liver Tumors Using Surface-Enhanced Raman Scattering Nanoparticles. ACS Nano. 10 (5), 5015-5026 (2016).
  3. Karabeber, H., et al. Guiding brain tumor resection using surface-enhanced Raman scattering nanoparticles and a hand-held Raman scanner. ACS Nano. 8 (10), 9755-9766 (2014).
  4. Kircher, M. F., et al. A brain tumor molecular imaging strategy using a new triple-modality MRI-photoacoustic-Raman nanoparticle. Nature Medicine. 18 (5), 829-834 (2012).
  5. Andreou, C., Kishore, S. A., Kircher, M. F. Surface-Enhanced Raman Spectroscopy: A New Modality for Cancer Imaging. Journal of Nuclear Medicine. 56 (9), 1295-1299 (2015).
  6. Harmsen, S., et al. Rational design of a chalcogenopyrylium-based surface-enhanced resonance Raman scattering nanoprobe with attomolar sensitivity. Nature Communications. 6, 6570 (2015).
  7. Harmsen, S., et al. Surface-enhanced resonance Raman scattering nanostars for high-precision cancer imaging. Science Translational Medicine. 7 (271), 271ra277 (2015).
  8. Harmsen, S., Wall, M. A., Huang, R., Kircher, M. F. Cancer imaging using surface-enhanced resonance Raman scattering nanoparticles. Nature Protocols. 12 (7), 1400-1414 (2017).
  9. Huang, R., et al. High Precision Imaging of Microscopic Spread of Glioblastoma with a Targeted Ultrasensitive SERRS Molecular Imaging Probe. Theranostics. 6 (8), 1075-1084 (2016).
  10. Iacono, P., Karabeber, H., Kircher, M. F. A "schizophotonic" all-in-one nanoparticle coating for multiplexed SE(R)RS biomedical imaging. Angewandte Chemie, International Edition in English. 53 (44), 11756-11761 (2014).
  11. Spaliviero, M., et al. Detection of Lymph Node Metastases with SERRS Nanoparticles. Molecular Imaging and Biology. 18 (5), 677-685 (2016).
  12. Nayak, T. R., et al. Tissue factor-specific ultra-bright SERRS nanostars for Raman detection of pulmonary micrometastases. Nanoscale. 9 (3), 1110-1119 (2017).
  13. Thakor, A. S., et al. The fate and toxicity of Raman-active silica-gold nanoparticles in mice. Science Translational Medicine. 3 (79), 79ra33 (2011).
  14. Liu, J., et al. Effects of Cd-based Quantum Dot Exposure on the Reproduction and Offspring of Kunming Mice over Multiple Generations. Nanotheranostics. 1 (1), 23-37 (2017).
  15. Wu, N., et al. The biocompatibility studies of polymer dots on pregnant mice and fetuses. Nanotheranostics. 1 (3), 261-271 (2017).
  16. Garai, E., et al. High-sensitivity real-time, ratiometric imaging of surface-enhanced Raman scattering nanoparticles with a clinically translatable Raman endoscope device. Journal of Biomedical Optics. 18 (9), 096008 (2013).
  17. Wang, Y. W., et al. Rapid ratiometric biomarker detection with topically applied SERS nanoparticles. Technology (Singap World Sci). 2 (2), 118-132 (2014).
  18. Lengyel, E. Ovarian cancer development and metastasis. American Journal of Pathology. 177 (3), 1053-1064 (2010).
  19. Vergote, I. B., Marth, C., Coleman, R. L. Role of the folate receptor in ovarian cancer treatment: evidence, mechanism, and clinical implications. Cancer and Metastasis Reviews. 34 (1), 41-52 (2015).
  20. Fasolato, C., et al. Folate-based single cell screening using surface enhanced Raman microimaging. Nanoscale. 8 (39), 17304-17313 (2016).
  21. Wang, Y. W., et al. Raman-Encoded Molecular Imaging with Topically Applied SERS Nanoparticles for Intraoperative Guidance of Lumpectomy. Cancer Research. 77 (16), 4506-4516 (2017).
  22. Andreou, C., Pal, S., Rotter, L., Yang, J., Kircher, M. F. Molecular Imaging in Nanotechnology and Theranostics. Molecular Imaging and Biology. 19 (3), 363-372 (2017).
  23. Chitgupi, U., Qin, Y., Lovell, J. F. Targeted Nanomaterials for Phototherapy. Nanotheranostics. 1 (1), 38-58 (2017).
  24. Choi, D., et al. Iodinated Echogenic Glycol Chitosan Nanoparticles for X-ray CT/US Dual Imaging of Tumor. Nanotheranostics. 2 (2), 117-127 (2018).
  25. Dubey, R. D., et al. Novel Hyaluronic Acid Conjugates for Dual Nuclear Imaging and Therapy in CD44-Expressing Tumors in Mice In Vivo. Nanotheranostics. 1 (1), 59-79 (2017).
  26. Gupta, M. K., et al. Recent strategies to design vascular theranostic nanoparticles. Nanotheranostics. 1 (2), 166-177 (2017).
  27. Huang, Y. J., Hsu, S. H. TRAIL-functionalized gold nanoparticles selectively trigger apoptosis in polarized macrophages. Nanotheranostics. 1 (3), 326-337 (2017).
  28. Pal, S., Harmsen, S., Oseledchyk, A., Hsu, H. T., Kircher, M. F. MUC1 Aptamer Targeted SERS Nanoprobes. Advanced Functional Materials. 27 (32), (2017).
  29. Zanganeh, S., et al. Iron oxide nanoparticles inhibit tumour growth by inducing pro-inflammatory macrophage polarization in tumour tissues. Nat Nanotechnol. 11 (11), 986-994 (2016).
  30. Lee, J., Lee, Y. M., Kim, J., Kim, W. J. Doxorubicin/Ce6-Loaded Nanoparticle Coated with Polymer via Singlet Oxygen-Sensitive Linker for Photodynamically Assisted Chemotherapy. Nanotheranostics. 1 (2), 196-207 (2017).
  31. Li, R., Zheng, K., Yuan, C., Chen, Z., Huang, M. Be Active or Not: the Relative Contribution of Active and Passive Tumor Targeting of Nanomaterials. Nanotheranostics. 1 (4), 346-357 (2017).
  32. Lin, S. Y., Huang, R. Y., Liao, W. C., Chuang, C. C., Chang, C. W. Multifunctional PEGylated Albumin/IR780/Iron Oxide Nanocomplexes for Cancer Photothermal Therapy and MR Imaging. Nanotheranostics. 2 (2), 106-116 (2018).
  33. Roberts, S., et al. Sonophore-enhanced nanoemulsions for optoacoustic imaging of cancer. Chemical Science (Royal Society of Chemistry: 2010). 9 (25), 5646-5657 (2018).
  34. Liu, L., Ruan, Z., Yuan, P., Li, T., Yan, L. Oxygen Self-Sufficient Amphiphilic Polypeptide Nanoparticles Encapsulating BODIPY for Potential Near Infrared Imaging-guided Photodynamic Therapy at Low Energy. Nanotheranostics. 2 (1), 59-69 (2018).
  35. Liu, R., Tang, J., Xu, Y., Zhou, Y., Dai, Z. Nano-sized Indocyanine Green J-aggregate as a One-component Theranostic Agent. Nanotheranostics. 1 (4), 430-439 (2017).
  36. Sneider, A., VanDyke, D., Paliwal, S., Rai, P. Remotely Triggered Nano-Theranostics For Cancer Applications. Nanotheranostics. 1 (1), 1-22 (2017).
  37. Wall, M. A., et al. Surfactant-Free Shape Control of Gold Nanoparticles Enabled by Unified Theoretical Framework of Nanocrystal Synthesis. Advanced Materials. 29 (21), (2017).
  38. Sonali, , et al. Nanotheranostics: Emerging Strategies for Early Diagnosis and Therapy of Brain Cancer. Nanotheranostics. 2 (1), 70-86 (2018).

Tags

Surface-enhanced Resonance Raman ScatteringSERSNanoprobeRatiometryOvarian CancerFolate ReceptorNanoparticle SynthesisGold NanostarsSilica Shell Formation

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Andreou, C., Oseledchyk, A., Nicolson, F., Berisha, N., Pal, S., Kircher, M. F. Surface-enhanced Resonance Raman Scattering Nanoprobe Ratiometry for Detecting Microscopic Ovarian Cancer via Folate Receptor Targeting. J. Vis. Exp. (145), e58389, doi:10.3791/58389 (2019).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image