The authors thank G&#252;nter Oberd&#246;rster, DVM, PhD and Alison Elder, PhD (University of Rochester) and Mary Frame, PhD (Stony Brook University) for animal research collaborations resulting in tissue samples for analysis. Additionally, the authors thank: Christina Rotondi (Albany Medical College Histology Core); Rani Sellers, DVM, PhD and Barbara Cannella, PhD (Albert Einstein College of Medicine Histology and Comparative Pathology Facility); Leonardo Bezerra and Ahlam Abuawad (Brenner research team members); and Leslie Krauss, Byron Cheatham and Elyse Johnson (CytoViva). This work was supported in part by CDC-NIOSH grant OH-009990-01A1 and the NanoHealth and Safety Center, New York State, awarded to S.B.

<ol>
	<li>Sun, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Endocytosis+of+a+single+mesoporous+silica+nanoparticle+into+a+human+lung+cancer+cell+observed+by+differential+interference+contrast+microscopy.">Endocytosis of a single mesoporous silica nanoparticle into a human lung cancer cell observed by differential interference contrast microscopy.</a> Anal Bioanal Che. 391 (6), 2119-2125 (2008).</li><li>Anselme, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+interaction+of+cells+and+bacteria+with+surfaces+structured+at+the+nanometre+scale.">The interaction of cells and bacteria with surfaces structured at the nanometre scale.</a> Acta Biomate. 6 (10), 3824-3846 (2010).</li><li>Anshup, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+of+gold+nanoparticles+in+human+cells.">Growth of gold nanoparticles in human cells.</a> Langmui. 21 (25), 11562-11567 (2005).</li><li>Weinkauf, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+dark+field+microscopy+for+rapid+artifact+free+detection+of+nanoparticle+binding+to+Candida+albicans+cells+and+hyphae.">Enhanced dark field microscopy for rapid artifact free detection of nanoparticle binding to Candida albicans cells and hyphae.</a> Biotechnol. 4 (6), 871-879 (2009).</li><li>Sondi, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silver+nanoparticles+as+antimicrobial+agent:+a+case+study+on+E+coli+as+a+model+for+Gram+negative+bacteria.">Silver nanoparticles as antimicrobial agent: a case study on E coli as a model for Gram negative bacteria.</a> J Colloid Interface Sc. 275 (1), 177-182 (2004).</li><li>Berry, C. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Possible+exploitation+of+magnetic+nanoparticle+cell+interaction+for+biomedical+applications.">Possible exploitation of magnetic nanoparticle cell interaction for biomedical applications.</a> J Mater Chem. 15 (5), 543-547 (2005).</li><li>Chithrani, B. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elucidating+the+mechanism+of+cellular+uptake+and+removal+of+protein+coated+gold+nanoparticles+of+different+sizes+and+shapes.">Elucidating the mechanism of cellular uptake and removal of protein coated gold nanoparticles of different sizes and shapes.</a> Nano Lett. 7 (6), 1542-1550 (2007).</li><li>Chithrani, B. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determining+the+size+and+shape+dependence+of+gold+nanoparticle+uptake+into+mammalian+cells.">Determining the size and shape dependence of gold nanoparticle uptake into mammalian cells.</a> Nano Lett. 6 (4), 662-668 (2006).</li><li>Elechiguerra, J. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interaction+of+silver+nanoparticles+with+HIV+1.">Interaction of silver nanoparticles with HIV 1.</a> J Nanobiotechnol. 3 (6), 1-10 (2005).</li><li>Carlson, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unique+cellular+interaction+of+silver+nanoparticles+size+dependent+generation+of+reactive+oxygen+species.">Unique cellular interaction of silver nanoparticles size dependent generation of reactive oxygen species.</a> J Phys Chem. 112 (43), 13608-13619 (2008).</li><li>Roth, G. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hyperspectral+microscopy+as+an+analytical+tool+for+nanomaterials.">Hyperspectral microscopy as an analytical tool for nanomaterials.</a> WIREs Nanomed Nanobiotechnol In Press. , (2015).</li><li>Williams, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Maize+kernel+hardness+classification+by+near+infrared+(NIR)+hyperspectral+imaging+and+multivariate+data+analysis.">Maize kernel hardness classification by near infrared (NIR) hyperspectral imaging and multivariate data analysis.</a> Anal Chim Act. 653 (2), 121-130 (2009).</li><li>Ziph Schatzberg, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hyperspectral+imaging+enables+industrial+applications.">Hyperspectral imaging enables industrial applications.</a> Industrial Photonic. , (2014).</li><li>Sun, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Hyperspectral imaging for food quality analysis and contro. , (2010).</li><li>ElMasry, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hyperspectral+imaging+for+nondestructive+determination+of+some+quality+attributes+for+strawberry.">Hyperspectral imaging for nondestructive determination of some quality attributes for strawberry.</a> J Food En. 81 (1), 98-107 (2007).</li><li>Mortimer, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Potential+of+hyperspectral+imaging+microscopy+for+semi+quantitative+analysis+of+nanoparticle+uptake+by+protozoa.">Potential of hyperspectral imaging microscopy for semi quantitative analysis of nanoparticle uptake by protozoa.</a> Environ Sci Techno. 48, 8760-8767 (2014).</li><li>Sarlo, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tissue+distribution+of+20+nm+100+nm+and+1000+nm+fluorescent+polystyrene+latex+nanospheres+following+acute+systemic+or+acute+and+repeat+airway+exposure+in+the+rat.">Tissue distribution of 20 nm 100 nm and 1000 nm fluorescent polystyrene latex nanospheres following acute systemic or acute and repeat airway exposure in the rat.</a> Toxico. 263, 117-126 (2009).</li><li>Husain, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pulmonary+instillation+of+low+doses+of+titanium+dioxide+nanoparticles+in+mice+leads+to+particle+retention+and+gene+expression+changes+in+the+absence+of+inflammation.">Pulmonary instillation of low doses of titanium dioxide nanoparticles in mice leads to particle retention and gene expression changes in the absence of inflammation.</a> Toxicol Appl Pharmacol. 269, 250-262 (2013).</li><li>Meyer, J. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intracellular+uptake+and+associated+toxicity+of+silver+nanoparticles+in+Caenorhabditis+elegan.">Intracellular uptake and associated toxicity of silver nanoparticles in Caenorhabditis elegan.</a> Aquatic Toxicol. 100, 140-150 (2010).</li><li>Badireddy, A. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=characterization+and+abundance+of+engineered+nanoparticles+in+complex+waters+by+hyperspectral+imagery+with+enhanced+darkfield+microscopy.">characterization and abundance of engineered nanoparticles in complex waters by hyperspectral imagery with enhanced darkfield microscopy.</a> Environ Sci Technol. 46 (18), 10081-10088 (2012).</li><li>Dettmeyer, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Staining techniques and microscopy Forensic histopathology fundamentals and perspectives. , 370 (2011).</li><li>Titford, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Progress+in+the+development+of+microscopical+techniques+for+diagnostic+pathology.">Progress in the development of microscopical techniques for diagnostic pathology.</a> J Histotechnol. 32 (1), 9-19 (2009).</li><li>Kumar, G. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Special stains and H&amp;E. , (2014).</li><li>Manolakis, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hyperspectral+image+processing+for+automatic+target+detection+applications.">Hyperspectral image processing for automatic target detection applications.</a> Lincoln Laboratory Journal. 14 (1), 79-116 (2003).</li><li>Mercer, R. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pulmonary+fibrotic+response+to+aspiration+of+multi+walled+carbon+nanotubes.">Pulmonary fibrotic response to aspiration of multi walled carbon nanotubes.</a> Part Fibre Toxicol. 8 (1), 21 (2011).</li><li>Kim, M. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hyperspectral+reflectance+and+fluorescence+imaging+system+for+food+quality+and+safety.">Hyperspectral reflectance and fluorescence imaging system for food quality and safety.</a> T Am Soc Ag En. 44 (3), 721-730 (2001).</li><li>Mercer, R. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extrapulmonary+transport+of+MWCNT+following+inhalation+exposure.">Extrapulmonary transport of MWCNT following inhalation exposure.</a> Part Fibre Toxico. 10 (1), 38 (2013).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Para muestras de tejido que han sido sometidos a tinción histológica convencional, la identificación y análisis de las nanopartículas de óxido de metal se pueden conseguir a través de una combinación de EDFM, mapeo HSI, y técnicas de análisis de imagen. Si bien no es la flexibilidad en la preparación de muestras para histología o inmunohistoquímica (por ejemplo, utilizando tejidos fijados o congelados; tipo de mancha), es importante que las muestras se seccionaron a un espesor de 5.10 micras para la visualización óptima. Las muestras utilizadas aquí fueron fijados con formalina y embebidos en parafina antes de seccionar con un micrótomo rotatorio a 6 m de espesor, montado sobre portaobjetos de vidrio, se tiñeron con hematoxilina y eosina y coverslipped. Tejidos de la piel de cerdo procedentes de una colaboración toxicología penetración cutánea ex vivo se utilizaron para este estudio. Los tejidos fueron expuestos a nanopartículas de óxido de metal (alúmina, sílice, óxido de cerio) en suspensiones acuosas. La detección de la región (s) de interés (eleme alto contrasteNTS) con EDFM es un primer paso crítico que facilita el mapeo posterior HSI y análisis. Muestras de control positivo y negativo deben ser reflejados y se analizaron primero con el fin de crear una biblioteca espectral para referencia. Los espectros de recogida del control positivo se exportan a una biblioteca espectral control positivo. A continuación, todos los espectros de las imágenes de control negativo se resta de la biblioteca espectral del control positivo con el fin de mejorar la especificidad (reducir los falsos positivos). La biblioteca espectral filtrada resultante se considera el RSL que sirve para el análisis de materiales de interés. Todas las muestras de tejido se someten al mismo proceso de formación de imágenes y se asignan contra el RSL. La imagen resultante contendrá sólo las zonas con elementos de interés sobre un fondo negro. Esta imagen podría entonces ser analizada con ImageJ utilizando sus funciones de umbral y el análisis de partículas para obtener el área de las partículas mapeadas por campo de visión. Los datos numéricos obtenidos a partir de ImageJ pueden ser de exportacióned a una hoja de cálculo para su posterior análisis. Es importante tener en cuenta que a medida que las muestras biológicas son intrínsecamente diferentes entre sí, y los métodos de tinción pueden afectar la visualización a través EDFM y HSI, los ajustes de exposición deben ser determinadas de acuerdo a lo que produce la mejor imagen de alto contraste para un tipo específico de la muestra. Aunque la reducción de falsos positivos se puede lograr a través de la filtración de las bibliotecas espectrales, es crucial para obtener controles negativos fiables que han evitado la contaminación con el elemento de interés, como los espectros correspondientes a esta contaminación podría potencialmente ser filtrada desde la biblioteca espectral del control positivo , el aumento de las tasas de falsos negativos. Además, el rango de intensidad del espectro que es detectable con el software de imágenes hiperespectrales no puede superar el límite del software en particular (para este estudio, es decir 16.000 unidades): áreas con un alto número de partículas acumuladas que producen spintensidades ectral superiores al límite de intensidad se quedan fuera de la biblioteca espectral, debido al riesgo de aumentar el número de falsos negativos. Mientras que el sistema HSI confiere muchas ventajas sobre los métodos tradicionales, hay algunos inconvenientes y limitaciones a considerar. Una es que la gran cantidad de datos ópticos recogidos pueden requerir poder sustancial de computación. Otra es que HSI puede ser que requiere mucho tiempo, sobre todo en las etapas iniciales, cuando se están creando bibliotecas espectrales de referencia. Además, el tiempo de formación de imágenes puede requerir varios minutos por la captura de imágenes, por lo que es más lenta que la imagen de campo oscuro sencilla; Sin embargo, todavía es más rápido que la realización de la preparación de muestreo y visualización mediante microscopía electrónica. Además, los sistemas complejos pueden dar lugar a múltiples espectros característicos, que requieren el desarrollo de controles de alta especialización y hacen que la creación de bibliotecas de referencia universales estandarizados difíciles 26. Por último, la tecnologíaresultados nique en una resolución más baja que las técnicas probe- o microscopía de electrones, como la microscopía de fuerza atómica o microscopía electrónica de transmisión, que pueden resolver los átomos individuales. La resolución de esta técnica es limitada debido a su naturaleza fotónica, que le impide ser una herramienta de alta precisión para la medición de tamaños de partículas a nivel nanométrico o para localizar con precisión los materiales a un nivel inferior a la micra. Mientras que la técnica puede ser capaz de identificar partículas dentro de ciertos compartimentos de tejidos u orgánulos celulares mayor que 1 m (tales como núcleos de célula), orgánulos más pequeños o características son difíciles de visualizar con precisión con este método. También hay que resaltar, por su resolución espacial, este método no puede diferenciar entre las nanopartículas individuales y aglomerados 11. Otras consideraciones incluyen: ciertos materiales (tales como metales nobles) tienen mucho más alta reflectancia y perfiles espectrales distintas, que puede hacer que sean más fáciles de Analyze y mapa espectralmente con esta herramienta. Otros, tales como los óxidos de semi-metálicas investigadas en este estudio y los nanomateriales a base de carbono 24, 27, pueden ser más difícil debido a su composición elemental, forma, y dependiendo de la matriz. En dos estudios de inhalación murinos por Mercer et al., Se utilizó un sistema similar a la empleada en este estudio con el fin de localizar los nanotubos de carbono en el pulmón y en los órganos secundarios en función de su notablemente alto contraste con los tejidos circundantes. Sin embargo, la cartografía hiperespectrales no se demostró en ninguno de los estudios, probablemente debido a la forma única de fibras de carbono era un rasgo suficiente para su identificación. Otra consideración se refiere específicamente a los tejidos: desde el depósito de nanopartículas de interés para los órganos específicos a través de procesos biofísicos normales es impredecible (ya menudo en sí el objeto de estudio), la determinación de un control positivo aplicable puede ser difícil y requiere la consideración de cómo la generación del control mvuelo afectar el estado de un material de interés. Por ejemplo, si una biblioteca espectral se crea a partir de nanopartículas cristalinas de interés, puede ser difícil para mapear la biblioteca para esos mismos nanopartículas en tejidos o células debido a cambios en los espectros resultantes de la alteración de la partícula (por ejemplo, debido al cambio en pH, la disolución, la aglomeración, la proteína de unión) y el microambiente o matriz general. Por último, la técnica está limitada en su naturaleza semi-cuantitativa: sólo puede ser tan cuantitativa como otras técnicas de microscopía de dos dimensiones de resolución similar, lo que significa que no se puede utilizar fácilmente para realizar tareas tales como la caracterización de carga órgano total de un material. En general, EDFM y HSI proporcionan varias ventajas sobre las técnicas de imagen nanomaterial y caracterización convencionales, tales como TEM, HAADF y DIC. EDFM / HSI permite la adquisición y análisis de imágenes más rápido, lo que ahorra tiempo y costes en comparación con más conven intensivatécnicas cionales. Además, la preparación de muestras para EDFM / HSI es típicamente tanto mínima y no destructivo, lo que ahorra tiempo y también permite el análisis más flexible de una muestra dada, ya que entonces se puede utilizar para otras técnicas. Además, HSI es versátil, permitiendo análisis de los materiales a nanoescala de muchas composiciones y en una variedad de matrices. El equipo de investigación está trabajando para perfeccionar el método descrito aquí por otros materiales y tipos de muestras, incluyendo una evaluación a fondo de la especificidad de la tecnología. Un siguiente paso crítico siendo investigado por el equipo de investigación es la validación de estas técnicas en contra de las normas de oro tradicionales (por ejemplo, Raman, TEM, SEM) para los materiales y tipos de tejidos de interés.

Como los nanomateriales se utilizan cada vez más en una variedad de industrias y aplicaciones, existe una necesidad de métodos de imagen nanoescala y caracterización que son más rápida, asequible y conveniente que las modalidades tradicionales, como la microscopía electrónica. Para visualizar de nanopartículas (NP) interacciones con las células, los tejidos y los sistemas vivos, han sido empleadas muchas técnicas ópticas, incluyendo contraste de interferencia diferencial (DIC) microscopia 1 y enfoques basados ​​en el campo evanescente, como reflexión total interna (TIR) ​​o casi microscopía de barrido de campo óptico (NSOM) 2,3. Sin embargo, estos son los enfoques analíticos de gama alta, fuera del alcance de la mayoría de los laboratorios no especializados 4. La microscopía electrónica, incluyendo microscopía electrónica de transmisión (TEM), también se ha utilizado para estudiar la interacción con las células NP 5,6,7,8. Alto ángulo anular campo oscuro (HAADF) microscopía de barrido electrónico de transmisión se ha utilizado para estudiar la interacción de PNcon virus 9. La microscopía confocal es otra técnica popular usado para estudiar las interacciones célula-NP 10. En los últimos años, las imágenes hiperespectrales (HSI) técnicas basadas en campo oscuro se han utilizado como una herramienta analítica prometedora para el estudio de NPs en matrices biológicas 11. Sistemas de HSI generar una representación tridimensional de datos espaciales y espectrales, conocidos como un hipercubo o cubo de datos 12. El mapa espacial de la variación espectral se utiliza para la identificación de los materiales. Perfiles espectrales de materiales conocidos pueden ser generados y utilizados como bibliotecas de referencia para la comparación con muestras desconocidas. Una de las principales ventajas con sistemas de HSI es su capacidad de combinar formación de imágenes con la espectroscopia, estableciendo de ese modo la ubicación y distribución de los NPs desconocidos in vivo o ex vivo, así como su vinculación a otra partícula de referencia conocida, la composición similar. Hay varias ventajas deutilizando sistemas HSI sobre las técnicas de imagen convencionales: se requiere preparación de la muestra mínima; preparación de la muestra es típicamente no destructiva en la naturaleza; adquisición y análisis de imágenes es más rápida; la técnica es rentable 13; y la distribución espacial y el análisis de los compuestos de composición mixta y / o en matrices complejas se logra más fácilmente 14. Para la investigación nanomateriales con muestras preciosos, una de las consideraciones más importantes es la disponibilidad de un método de imagen no destructiva, que permite el potencial para examinar repetidamente muestras mediante uno o más métodos. Repetidas o múltiples análisis pueden ser deseables para desarrollar conjuntos de datos exhaustivos que no estarían disponibles en un solo método. En este sentido, el estudio de sus propiedades ópticas es la forma más segura de analizar la muestra. Mediante el uso de un microscopio de campo oscuro mejorada (EDFM) y el sistema de HSI para estudiar la respuesta óptica de la muestra - a saber Reflectance, sino también de absorbancia y transmitancia - identificación de características y caracterización se puede realizar 15. Los puntos finales de caracterización de potenciales incluyen una evaluación de tamaño relativo y la forma de nanopartículas o aglomerados y distribución de las nanopartículas dentro de una muestra. En este trabajo, se describen los métodos de asignación específica para nanopartículas de óxido de metal en el tejido post-mortem utilizando un sistema HSI basado en un algoritmo de coincidencia píxel espectral se refiere como un asignador ángulo espectral (SAM). Elegimos esta aplicación en particular, ya que tiene el potencial para complementar actual y futura en la investigación nanotoxicología vivo, en el que se utilizan modelos animales para evaluar las implicaciones para la salud de la exposición a los nanomateriales artificiales. La aplicación de este método también podría informar a la investigación de administración de fármacos a nanoescala que utiliza modelos de tejidos o animales. En particular, la absorción de nanopartículas, distribución, metabolismo y excreción en toda organs y tejidos podrían ser investigados con este sistema. Una amplia variedad de aplicaciones están siendo investigados para su uso en investigación biomédica 11. Este método podría ser utilizado para la evaluación de diferentes muestras biológicas (tales como tipos diversos tejidos, muestras de lavado broncoalveolar, y frotis de sangre) que han sido expuestas a las nanopartículas de una variedad de composiciones elementales 16-19. Además, este método es útil para el estudio de biodistribución de nanopartículas in vivo e in vitro, lo que es pertinente para los estudios de administración de fármacos a nanoescala 11. Más allá de muestras biológicas, EDFM y HSI se pueden utilizar para evaluar las nanopartículas en muestras ambientales, tales como aguas residuales 20. Evaluación de la exposición ocupacional puede ser facilitada por el uso de esta técnica, así, ya que se puede utilizar para evaluar la eficacia del equipo de protección personal en la prevención de la penetración de nanopartículas. Además, el TE investigaciónam está desarrollando actualmente un EDFM similar y protocolo de HSI para la evaluación de muestras de medios filtrantes de nanopartículas obtenidos de las evaluaciones de exposición ocupacional. Si bien la preparación de estos diferentes tipos de muestras para EDFM y HSI puede variar, es importante que están preparados de tal manera que puedan ser fácilmente visualizados por el sistema óptico. Típicamente, la muestra se debe preparar como si fuera a ser visualizado a través de microscopía de campo claro tradicional. Hay varios sistemas de imagen hiperespectral disponibles en el mercado 11.

<table border="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>CytoViva 150 Unit (condenser)</td>
			<td>CytoViva (Auburn, AL)</td>
			<td></td>
			<td>mounted to Olympus BX43 microscope</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Olympus BX43 Microscope - Analyzer Slot - HSI with 10x and 40x air objectives and 100x oil immersion objective</td>
			<td>obtained through CytoViva (Auburn, AL)</td>
			<td></td>
			<td>for use with CytoViva 150 Unit condenser</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dagexcel-M Digital Firewire Camera - Cooled; includes Exponent 7 software</td>
			<td>obtained through CytoViva (Auburn, AL)</td>
			<td></td>
			<td>enhanced darkfield camera and software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CytoViva Hyperspectral Imaging System 1.4; includes Pixelfly hyperspectral camera, XY stage controller, ENVI hyperspectral imaging software</td>
			<td>obtained through CytoViva (Auburn, AL)</td>
			<td></td>
			<td>hyperspectral camera and software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>cleanroom cleaned glass microscope slides (glass B slides)</td>
			<td>Schott NEXTERION</td>
			<td>1025087</td>
			<td>reduced debris and artifacts compared to conventional glass microscope slides for optimal imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>cleanroom cleaned glass microscope coverslips (#1.0; 22mm x 22mm x&#160; 1.45mm)</td>
			<td>Schott NEXTERION</td>
			<td>custom</td>
			<td>reduced debris and artifacts compared to conventional glass coverslips for optimal imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>type A microscopy immersion oil</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>12368B</td>
			<td>multiple suppliers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>70% isopropanol in water</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>multiple suppliers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ImageJ software</td>
			<td>National Institutes of Health (NIH)</td>
			<td></td>
			<td>free open-source software online download</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>metal oxide nanoparticles</td>
			<td>supplied to the research team by industrial partners</td>
			<td></td>
			<td>alumina, silica, and ceria nanoparticles in aqueous suspensions. Due to a Non-Disclosure Agreement between the authors and industry partners, further product information cannot be disclosed.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

identification of metal oxide nanoparticles in histological samples by enhanced darkfield microscopy and hyperspectral mapping

Nanomaterials are increasingly prevalent throughout industry, manufacturing, and biomedical research. The need for tools and techniques that aid in the identification, localization, and characterization of nanoscale materials in biological samples is on the rise. Currently available methods, such as electron microscopy, tend to be resource-intensive, making their use prohibitive for much of the research community. Enhanced darkfield microscopy complemented with a hyperspectral imaging system may provide a solution to this bottleneck by enabling rapid and less expensive characterization of nanoparticles in histological samples. This method allows for high-contrast nanoscale imaging as well as nanomaterial identification. For this technique, histological tissue samples are prepared as they would be for light-based microscopy. First, positive control samples are analyzed to generate the reference spectra that will enable the detection of a material of interest in the sample. Negative controls without the material of interest are also analyzed in order to improve specificity (reduce false positives). Samples can then be imaged and analyzed using methods and software for hyperspectral microscopy or matched against these reference spectra in order to provide maps of the location of materials of interest in a sample. The technique is particularly well-suited for materials with highly unique reflectance spectra, such as noble metals, but is also applicable to other materials, such as semi-metallic oxides. This technique provides information that is difficult to acquire from histological samples without the use of electron microscopy techniques, which may provide higher sensitivity and resolution, but are vastly more resource-intensive and time-consuming than light microscopy.

Microscopía hiperespectral es útil por su capacidad para identificar los materiales de una manera similar a la espectrofotometría. Como se indica en la Figura 1, cada material tiene varios espectros característica y una forma general de su reflectancia, que es único. Además, la Figura 1 ilustra la naturaleza de la matriz dependiente de los perfiles espectrales: los perfiles espectrales para cada uno de los tres óxidos de metales en muestras de tejidos histológicos (panel superior) son diferentes de los perfiles espectrales para cada uno de los tres óxidos metálicos en suspensión acuosa ( panel inferior). Mediante la cartografía de los perfiles espectrales características a muestras desconocidas en la misma matriz, la técnica es útil para determinar la presencia o ausencia de un material, y también puede comparar semi-cuantitativamente cantidades relativas de material en las muestras. Las bibliotecas espectrales de referencia creadas a partir de muestras de piel de control positivo son apropiados para el mapeo a experimentalmuestras de piel. Como se observa en la Figura 2, las bibliotecas espectrales de referencia mapa bien a los controles positivos correspondientes y no se asignan a los correspondientes controles negativos. La ventaja más importante de la técnica es su capacidad para detectar niveles bajos de materiales de interés en las muestras, así como para diferenciarlos de los contaminantes. . Por ejemplo, los nanotubos individuales se pueden observar en los pulmones durante la inhalación de dosis tan bajas como 40 mg en un 20-30 g de rata 25 Figura 3 demuestra esto en muestras de piel histológicos: mientras que algunas partículas son fácilmente evidentes en la imagen óptica de campo oscuro (columna 2), otros se detectan utilizando imágenes hiperespectrales (columna 3) que podrían haberse perdido mediante microscopía de campo claro (columna 1) u otros métodos. El uso de campo oscuro HSI también sirve para mejorar la especificidad más sencilla la microscopía de campo claro. Estas imágenes pueden entonces ser objeto de más formas cuantitativas de análisis, nanálisis de partículas otably mediante ImageJ. Microscopía de campo oscuro mejorada tiene varias aplicaciones diferentes, incluso en ausencia de imágenes hiperespectrales. La primera es su capacidad para generar alta calidad, imágenes de alto contraste. Esto se demuestra mejor en la Figura 3, en la que las partículas de interés son fácilmente identificables en comparación con sus homólogos de campo claro. Estas imágenes también pueden ser objeto de análisis de partículas cuantitativa, aunque en ausencia de la cartografía hiperespectrales, la precaución es necesaria para evitar confundir una partícula contaminante de una partícula de interés. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/53317/53317fig1.jpg" /> Figura 1. Referencia bibliotecas espectrales (la matriz de tejido) en comparación con las bibliotecas espectrales (nanopartículas en suspensión). Esta figura demuestra la importancia de generar una biblioteca espectral de referencia desde nanomaterials de interés de la misma matriz que las muestras experimentales. La primera fila muestra la biblioteca espectral de referencia (RSL) para cada material en este estudio (alúmina, sílice y óxido de cerio). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53317/53317fig1large.jpg" target="_blank">Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> Este RSL fue creado por el método descrito en este protocolo, cuando se filtraron las muestras de tejido de control positivo contra muestras de tejido de control negativo. La segunda fila muestra las bibliotecas espectrales (SL) creados a partir de las nanopartículas de interés en suspensión líquida en un portaobjetos de vidrio. Para alúmina, un pico bimodal en longitudes de onda de 500 y 650 se encontró en el RSL, mientras que un pico más curvada y distintivo es menor se observó en la alúmina NP suspensión SL en alrededor de 600. Para sílice, un pico a una longitud de onda de alrededor de 650 era presente en el RSL, mientras que un pico más curva y menos distintiva fue visto en el PN de sílice suspensión SL en around 600. Para ceria, un pico bimodal se encontró en longitudes de onda de 520 y 620 en el RSL, mientras que un pico distintivo es menor se observó en la ceria NP suspensión SL en alrededor de 560. Esto sugiere que la matriz en la que están incrustados los NPs crea un cambio en los espectros que puede ser considerable cuando la selección de los controles para crear la SL para el experimento como específico. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/53317/53317fig2.jpg" /> Figura 2. Referencia bibliotecas espectrales (la matriz de tejido) mapeados en el control positivo y control negativo tejido de la piel porcina. Esta figura sirve como confirmación de los RSL según corresponda para el mapeo de muestras experimentales, en que cada RSL (columna izquierda) mapea bien a su control positivo (columna central) que corresponde y no se asigna a su control negativo (columna derecha) correspondiente. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53317/53317fig2large.jpg" target="_blank">Por favor, haga clic h</a>ERE para ver una versión más grande de esta figura. <img alt="figura 3" src="/files/ftp_upload/53317/53317fig3.jpg" /> Figura 3. hiperespectral experimental mapeo de tejido de la piel porcina expuestos a nanopartículas de óxido de metal. Filas de arriba a abajo corresponden a las diferentes capas de la piel, de superficial a capa más profunda: la epidermis, la dermis y el tejido subcutáneo, respectivamente. La primera fila muestra el estrato córneo de la epidermis de una muestra de piel que fue expuesto a NPs de alúmina en la suspensión; la segunda fila fue expuesto a la sílice PN en suspensión; y la tercera fila de ceria PN en suspensión. Cada columna representa la misma zona de la piel fotografiado con diferentes técnicas. La primera columna corresponde a la microscopía de campo claro (40X mag .; barra de escala = 50 m), donde se magnificó el área encerrada en un cuadrado rojo (100X mag; barra de escala = 10 micras) con una mejora de la microscopía de campo oscuro (EDFM) en la segunda columna, donde flechas blancas apuntan al alto contraste PN. La tercera columna se obtuvo con una cámara hiperespectral (HSI), mostrando las mismas NPs de alto contraste (flechas blancas). EDFM y HSI imágenes fueron tomadas con una ampliación de 100X; barra de escala = 10 micras. La cuarta columna muestra la imagen HSI asignada en contra de la respectiva RSL para cada grupo de exposición, donde PN alúmina se muestran en verde, PN sílice en rojo y óxido de cerio PN en amarillo, respectivamente. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53317/53317fig3large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>

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Identification of Metal Oxide Nanoparticles in Histological Samples by Enhanced Darkfield Microscopy and Hyperspectral Mapping

Enhanced darkfield microscopy and hyperspectral imaging with spectral mapping enable screening, localization, and identification of nanoscale materials in histological samples with improved speed and accuracy over traditional methods. The goal of this paper is to provide methods for darkfield imaging and hyperspectral mapping of metal oxide nanoparticles in histological samples.

Identificación de las nanopartículas de óxido de metal en muestras histológicas por Enhanced Mapeo de campo oscuro Microscopía y hiperespectrales

Nanomaterials are increasingly prevalent throughout industry, manufacturing, and biomedical research. The need for tools and techniques that aid in the ...

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

12.3K vistas.  SUNY Polytechnic Institute, Colleges of Nanoscale Science and Engineering. Enhanced darkfield microscopy and hyperspectral imaging with spectral mapping enable screening, localization, and identification of nanoscale materials in histological samples with improved speed and accuracy over traditional methods. The goal of this paper is to provide methods for darkfield imaging and hyperspectral mapping of metal oxide nanoparticles in histological samples.

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Optical Mapping of Action Potentials and Calcium Transients in the Mouse Heart

The mouse heart is a popular model for cardiovascular studies due to the existence of low cost technology for genetic engineering in this species. Cardiovascular physiological phenotyping of the mouse heart can be easily done using fluorescence imaging employing various probes for transmembrane potential (Vm), calcium transients (CaT), and other parameters. Excitation-contraction coupling is characterized by action potential and intracellular calcium dynamics; therefore, it is critically important to map both Vm and CaT simultaneously from the same location on the heart1-4. Simultaneous optical mapping from Langendorff perfused mouse hearts has the potential to elucidate mechanisms underlying heart failure, arrhythmias, metabolic disease, and other heart diseases. Visualization of activation, conduction velocity, action potential duration, and other parameters at a myriad of sites cannot be achieved from cellular level investigation but is well solved by optical mapping1,5,6. In this paper we present the instrumentation setup and experimental conditions for simultaneous optical mapping of Vm and CaT in mouse hearts with high spatio-temporal resolution using state-of-the-art CMOS imaging technology. Consistent optical recordings obtained with this method illustrate that simultaneous optical mapping of Langendorff perfused mouse hearts is both feasible and reliable.

This paper details the dissection procedure, instrumental setup, and experimental conditions during optical mapping of transmembrane potential (Vm) and intracellular calcium transient (CaT) in intact isolated Langendorff perfused mouse hearts.

Mapeo óptico de potenciales de acción y transitorios de calcio en el corazón de ratón

The mouse heart is a popular model for cardiovascular studies due to the existence of low cost technology for genetic engineering in this species. ...

Investigación

Bioingeniería

Fabrication of a Functionalized Magnetic Bacterial Nanocellulose with Iron Oxide Nanoparticles

In this study, bacterial nanocellulose (BNC) produced by the bacteria Gluconacetobacter xylinus is synthesized and impregnated in situ with iron oxide nanoparticles (IONP) (Fe3O4) to yield a magnetic bacterial nanocellulose (MBNC). The synthesis of MBNC is a precise and specifically designed multi-step process. Briefly, bacterial nanocellulose (BNC) pellicles are formed from preserved G. xylinus strain according to our experimental requirements of size and morphology. A solution of iron(III) chloride hexahydrate (FeCl3&#183;6H2O) and iron(II) chloride tetrahydrate (FeCl2&#183;4H2O) with a 2:1 molar ratio is prepared and diluted in deoxygenated high purity water. A BNC pellicle is then introduced in the vessel with the reactants. This mixture is stirred and heated at 80 &#176;C in a silicon oil bath and ammonium hydroxide (14%) is then added by dropping to precipitate the ferrous ions into the BNC mesh. This last step allows forming in situ magnetite nanoparticles (Fe3O4) inside the bacterial nanocellulose mesh to confer magnetic properties to BNC pellicle. A toxicological assay was used to evaluate the biocompatibility of the BNC-IONP pellicle. Polyethylene glycol (PEG) was used to cover the IONPs in order to improve their biocompatibility. Scanning electron microscopy (SEM) images showed that the IONP were located preferentially in the fibril interlacing spaces of the BNC matrix, but some of them were also found along the BNC ribbons. Magnetic force microscope measurements performed on the MBNC detected the presence magnetic domains with high and weak intensity magnetic field, confirming the magnetic nature of the MBNC pellicle. Young&#39;s modulus values obtained in this work are also in a reasonable agreement with those reported for several blood vessels in previous studies.

Here, we present a protocol to make a bacterial nanocellulose (BNC) magnetic for applications in damaged blood vessel reconstruction. The BNC was synthesized by G. xylinus strain. On the other hand, magnetization of the BNC was realized through in situ precipitation of Fe2+ and Fe3+ ferrous ions inside the BNC mesh.

La fabricación de una funcionalizado magnética bacteriana NANOCELULOSA con nanopartículas de óxido de hierro

In this study, bacterial nanocellulose (BNC) produced by the bacteria Gluconacetobacter xylinus is synthesized and impregnated in situ with iron oxide ...

Cell Labeling and Targeting with Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles

Targeted delivery of cells and therapeutic agents would benefit a wide range of biomedical applications by concentrating the therapeutic effect at the target site while minimizing deleterious effects to off-target sites. Magnetic cell targeting is an efficient, safe, and straightforward delivery technique. Superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPION) are biodegradable, biocompatible, and can be endocytosed into cells to render them responsive to magnetic fields. The synthesis process involves creating magnetite (Fe3O4) nanoparticles followed by high-speed emulsification to form a poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) coating. The PLGA-magnetite SPIONs are approximately 120 nm in diameter including the approximately 10 nm diameter magnetite core. When placed in culture medium, SPIONs are naturally endocytosed by cells and stored as small clusters within cytoplasmic endosomes. These particles impart sufficient magnetic mass to the cells to allow for targeting within magnetic fields. Numerous cell sorting and targeting applications are enabled by rendering various cell types responsive to magnetic fields. SPIONs have a variety of other biomedical applications as well including use as a medical imaging contrast agent, targeted drug or gene delivery, diagnostic assays, and generation of local hyperthermia for tumor therapy or tissue soldering.

Targeted cell delivery is useful in a variety of biomedical applications. The goal of this protocol is to use superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPION) to label cells and thereby enable magnetic cell targeting approaches for a high degree of control over cell delivery and localization.

Etiquetado Celular y Orientación con superparamagnético nanopartículas de óxido de hierro

Targeted delivery of cells and therapeutic agents would benefit a wide range of biomedical applications by concentrating the therapeutic effect at the ...

Microwave-driven Synthesis of Iron Oxide Nanoparticles for Fast Detection of Atherosclerosis

A fast and reproducible microwave-driven protocol has been developed for the synthesis of neridronate-functionalized nanoparticles. Starting from the synthesis of hydrophobic nanoparticles, our method is based on an adaptation from thermal decomposition method to microwave driven synthesis. The new methodology produces a decrease in the reaction times in comparison with traditional procedures. Moreover, the use of the microwave technology increases the reproducibility of the reactions, something important from the point of view of clinical applications. The novelty of this iron oxide nanoparticle is the attachment of Neridronate. The use of this molecule leads a bisphosphonate moiety towards the outside of the nanoparticle that provides Ca2+ binding properties in vitro and selective accumulation in vivo in the atheroma plaque. The protocol allows the synthesis and plaque detection in about 3 hr since the initial synthesis from organic precursors. Their accumulation in the atherosclerotic area in less than 1 hr provides a contrast agent particularly suitable for clinical applications.

Microwave technology enables extremely fast synthesis of iron oxide nanoparticles for atherosclerosis plaque characterization. The use of an aminobisphosphonate in the external side of the nanoparticle provides a fast accumulation in the atherosclerotic area.

Síntesis microondas impulsada de nanopartículas de óxido de hierro para la detección rápida de la aterosclerosis

A fast and reproducible microwave-driven protocol has been developed for the synthesis of neridronate-functionalized nanoparticles. Starting from the ...

Fabrication of a Dipole-assisted Solid Phase Extraction Microchip for Trace Metal Analysis in Water Samples

This paper describes a fabrication protocol for a dipole-assisted solid phase extraction (SPE) microchip available for trace metal analysis in water samples. A brief overview of the evolution of chip-based SPE techniques is provided. This is followed by an introduction to specific polymeric materials and their role in SPE. To develop an innovative dipole-assisted SPE technique, a chlorine (Cl)-containing SPE functionality was implanted into a poly(methyl methacrylate) (PMMA) microchip. Herein, diverse analytical techniques including contact angle analysis, Raman spectroscopic analysis, and laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry (LA-ICP-MS) analysis were employed to validate the utility of the implantation protocol of the C-Cl moieties on the PMMA. The analytical results of the X-ray absorption near-edge structure (XANES) analysis also demonstrated the feasibility of the Cl-containing PMMA used as an extraction medium by virtue of the dipole-ion interactions between the highly electronegative C-Cl moieties and the positively charged metal ions.

The fabrication protocol of a dipole-assisted solid phase extraction microchip for the trace metal analysis is presented.

La fabricación de un dipolo-asistida en fase sólida para extracción Microchip Análisis de trazas de metales en muestras de agua

This paper describes a fabrication protocol for a dipole-assisted solid phase extraction (SPE) microchip available for trace metal analysis in water ...

Correlative Light- and Electron Microscopy Using Quantum Dot Nanoparticles

A method is described whereby quantum dot (QD) nanoparticles can be used for correlative immunocytochemical studies of human pathology tissue using widefield fluorescence light microscopy and transmission electron microscopy (TEM). To demonstrate the protocol we have immunolabeled ultrathin epoxy sections of human somatostatinoma tumor using a primary antibody to somatostatin, followed by a biotinylated secondary antibody and visualization with streptavidin conjugated 585 nm cadmium-selenium (CdSe) quantum dots (QDs). The sections are mounted on a TEM specimen grid then placed on a glass slide for observation by widefield fluorescence light microscopy. Light microscopy reveals 585 nm QD labeling as bright orange fluorescence forming a granular pattern within the tumor cell cytoplasm. At low to mid-range magnification by light microscopy the labeling pattern can be easily recognized and the level of non-specific or background labeling assessed. This is a critical step for subsequent interpretation of the immunolabeling pattern by TEM and evaluation of the morphological context. The same section is then blotted dry and viewed by TEM. QD probes are seen to be attached to amorphous material contained in individual secretory granules. Images are acquired from the same region of interest (ROI) seen by light microscopy for correlative analysis. Corresponding images from each modality may then be blended to overlay fluorescence data on TEM ultrastructure of the corresponding region.

A method is described whereby quantum dot (QD) nanoparticles can be used for correlative immunocytochemical studies of epoxy embedded human pathology tissue. We employ commercial antibody fragment conjugated QDs that are visualized by widefield fluorescence light microscopy and transmission electron microscopy.

Correlativa a la luz y microscopía electrónica de Uso de Quantum Dot nanopartículas

A method is described whereby quantum dot (QD) nanoparticles can be used for correlative immunocytochemical studies of human pathology tissue using ...

Production of Metal Nanoparticles by Pulsed Laser-ablation in Liquids: A Tool for Studying the Antibacterial Properties of Nanoparticles

The emergence of multidrug-resistant bacteria is a global clinical concern leading some to speculate about our return to a "pre-antibiotics" era of medicine. In addition to efforts to identify novel small-molecule antimicrobial drugs, there has been great interest in the use of metal nanoparticles as coatings for medical devices, wound dressings, and consumer packaging, due to their antimicrobial properties. The wide variety of methods available for nanoparticle synthesis results in a broad spectrum of chemical and physical properties which can affect antibacterial efficacy. This manuscript describes the pulsed laser-ablation in liquids (PLAL) method to create nanoparticles. This approach allows for the fine tuning of nanoparticle size, composition, and stability using post-irradiation methods as well as the addition of surfactants or volume excluders. By controlling particle size and composition, a large range of physical and chemical properties of metal nanoparticles can be explored which may contribute to their antimicrobial efficacy thereby opening new avenues for antibacterial development.

The antimicrobial properties of metals such as copper and silver have been recognized for centuries. This protocol describes pulsed laser-ablation in liquids, a method of synthesizing metal nanoparticles that provides the ability to fine tune the properties of these nanoparticles to optimize their antimicrobial effects.

Producción de nanopartículas metálicas por ablación por láser pulsado en líquidos: una herramienta para estudiar las propiedades antibacterianas de las nanopartículas

The emergence of multidrug-resistant bacteria is a global clinical concern leading some to speculate about our return to a "pre-antibiotics" era of ...

Catalytic Scavenging of Plant Reactive Oxygen Species In Vivo by Anionic Cerium Oxide Nanoparticles

Reactive oxygen species (ROS) accumulation is a hallmark of plant abiotic stress response. ROS play&#160;a dual role in plants by acting as signaling molecules at low levels and damaging molecules at high levels. Accumulation of ROS in stressed plants can damage metabolites, enzymes, lipids, and DNA, causing a reduction of plant growth and yield. The ability of cerium oxide nanoparticles (nanoceria) to catalytically scavenge ROS in vivo provides a unique tool to understand and bioengineer plant abiotic stress tolerance. Here, we present a protocol to synthesize and characterize poly (acrylic) acid coated nanoceria (PNC), interface the nanoparticles with plants via leaf lamina infiltration, and monitor their distribution and ROS scavenging in vivo using confocal microscopy. Current molecular tools for manipulating ROS accumulation in plants are limited to model species and require laborious transformation methods. This protocol for in vivo ROS scavenging has the potential to be applied to wild type plants with broad leaves and leaf structure like Arabidopsis thaliana.

Catalytic Scavenging of Plant Reactive Oxygen Species In Vivo by Anionic Cerium Oxide Nanoparticles

Here, we present a protocol for the synthesis and characterization of cerium oxide nanoparticles (nanoceria) for ROS (reactive oxygen species) scavenging in vivo, nanoceria imaging in plant tissues by confocal microscopy, and in vivo monitoring of nanoceria ROS scavenging by confocal microscopy.

Depuración catalítica de planta oxígeno reactivo especie In Vivo de nanopartículas de óxido de cerio aniónicos

Reactive oxygen species (ROS) accumulation is a hallmark of plant abiotic stress response. ROS play&#160;a dual role in plants by acting as signaling ...

Using Magnetometry to Monitor Cellular Incorporation and Subsequent Biodegradation of Chemically Synthetized Iron Oxide Nanoparticles

Magnetic nanoparticles, made of iron oxide, present a peculiar interest for a wide range of biomedical applications for which they are often internalized in cells and then left within. One challenge is to assess their fate in the intracellular environment with reliable and precise methodologies. Herein, we introduce the use of the vibrating sample magnetometer (VSM) to precisely quantify the integrity of magnetic nanoparticles within cells by measuring their magnetic moment. Stem cells are first labeled with two types of magnetic nanoparticles; the nanoparticles have the same core produced via a fast and efficient microwave-based nonaqueous sol gel synthesis and differ in their coating: the commonly used citric acid molecule is compared to polyacrylic acid. The formation of 3D cell-spheroids is then achieved via centrifugation and the magnetic moment of these spheroids is measured at different times with the VSM. The obtained moment is a direct fingerprint of the nanoparticles&#8217; integrity, with decreasing values indicative of a nanoparticle degradation. For both nanoparticles, the magnetic moment decreases over culture time revealing their biodegradation. A protective effect of the polyacrylic acid coating is also shown, when compared to citric acid.

Iron oxide nanoparticles are synthesized via a nonaqueous sol gel procedure and coated with anionic short molecules or polymer. The use of magnetometry for monitoring the incorporation and biotransformations of magnetic nanoparticles inside human stem cells is demonstrated using a vibrating sample magnetometer (VSM).

Uso de magnetometría para monitorear la incorporación celular y la posterior biodegradación de nanopartículas de óxido de hierro sintetizadas químicamente

Magnetic nanoparticles, made of iron oxide, present a peculiar interest for a wide range of biomedical applications for which they are often internalized ...

High-Speed Ultraviolet Photoacoustic Microscopy for Histological Imaging with Virtual-Staining assisted by Deep Learning

Surgical margin analysis (SMA), an essential procedure to confirm the complete excision of cancerous tissue in tumor resection surgery, requires intraoperative diagnostic tools to avoid repeated surgeries due to a positive surgical margin. Recently, by taking the advantage of the high intrinsic optical absorption of DNA/RNA at 266 nm wavelength, ultraviolet photoacoustic microscopy (UV-PAM) has been developed to provide high-resolution histological images without labeling, showing great promise as an intraoperative tool for SMA. To enable the development of UV-PAM for SMA, here, a high-speed and open-top UV-PAM system is presented, which can be operated similarly to conventional optical microscopies. The UV-PAM system provides a high lateral resolution of 1.2 &#181;m, and a high imaging speed of 55 kHz A-line rate with one-axis galvanometer mirror scanning. Moreover, to ensure UV-PAM images can be easily interpreted by pathologists without additional training, the original grayscale UV-PAM images are virtually stained by a deep-learning algorithm to mimic the standard hematoxylin- and eosin-stained images, enabling training-free histological analysis. Mouse brain slice imaging is performed to demonstrate the high performance of the open-top UV-PAM system, illustrating its great potential for SMA applications.

A high-speed and open-top ultraviolet photoacoustic microscope that can provide histological images intraoperatively for surgical margin analysis is demonstrated, including the system configuration, optical alignment, sample preparation, and experimental procedures.