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Method Article
Cancer de l’ovaire forme des métastases dans toute la cavité péritonéale. Ici, nous présentons un protocole pour faire et utilisation folate-récepteur ciblé exaltée de surface résonance Raman scattering nanosondes qui révèlent ces lésions avec une spécificité élevée via ratiométrique imagerie. Les nanosondes sont administrés par voie intrapéritonéale à des souris vivantes, et les images dérivées correspondent bien aux histologie.
Cancer de l’ovaire représente la malignité gynécologique plus meurtrière. La plupart des patients présentent à un stade avancé (stade III ou IV de la FIGO), quelle local métastatique se propager a déjà eu lieu. Cependant, cancer de l’ovaire a un modèle unique de métastases, tumeur implants sont initialement contenus dans la cavité péritonéale. Cette caractéristique pourrait permettre, en principe, la résection complète de la tumeur implants avec intention curative. Bon nombre de ces lésions métastatiques sont microscopiques, ce qui les rend difficile à identifier et à traiter. Neutraliser ces micrométastases est censé être un objectif majeur pour éliminer une récidive tumorale et assurer la survie à long terme. Imagerie avec surface améliorée résonance Raman scattering nanosondes Raman peut servir à délimiter des tumeurs microscopiques avec la sensibilité élevée, en raison de leur brillant et bioorthogonal signatures spectrales. Nous décrivons ici la synthèse de deux « saveurs » de ces nanosondes : un anticorps fonctionnalisés qui cible le récepteur de l’acide folique — surexprimé dans de nombreux cancers de l’ovaire et un nanoprobe de contrôle non ciblés, avec les spectres distincts. Les nanosondes sont administrés simultanément par voie intrapéritonéale à des modèles de souris d’un adénocarcinome ovarien métastatique humain. Toutes les études animales ont été approuvées par le Comité utilisation du Memorial Sloan Kettering Cancer Center et d’institutionnels animalier. La cavité péritonéale des animaux est chirurgicalement exposée, lavée et scannée avec un microphotospectrometer Raman. Par la suite, les signatures de Raman des deux nanosondes sont découplés en utilisant un algorithme d’ajustement classique moindres carrés, et leurs scores respectifs divisée pour fournir un signal de ratiométrique de folate ciblée sur les sondes non ciblées. De cette façon, les métastases microscopiques sont visualisés avec grande spécificité. Le principal avantage de cette approche est que l’application locale dans la cavité péritonéale, qui peut être fait idéalement au cours de la procédure chirurgicale — peut baliser des tumeurs sans soumettre le patient à une exposition systémique nanoparticule. Faux positif des signaux issus de liaisons non spécifiques de la nanosondes sur surfaces viscérales peuvent être éliminés en suivant une approche ratiométrique où nanosondes ciblés et non ciblés avec des signatures distinctes de Raman sont appliquées sous forme d’un mélange. La procédure est actuellement toujours limitée par l’absence d’un commercial Raman de grand champ d’imagerie système de caméra, qui une fois disponible permettra l’application de cette technique dans le théâtre d’opération.
Raman d’imagerie avec « Surface améliorée Raman scattering » nanoparticules (SERS) a montré très prometteur dans la délimitation des lésions dans différents contextes et pour beaucoup de tumeurs différentes types1,2,3,4 . L’avantage principal de la SERS nanoparticules est leur signature spectrale d’empreintes digitales-like, offrant leur détection incontestable qui n’est pas confondue par signaux de fond biologique5. En outre, l’intensité du signal émis est encore amplifiée avec l’utilisation de molécules de journaliste (colorants) avec des maxima d’absorption en ligne avec le laser d’excitation, donnant naissance à la « diffusion Raman de surface renforcée par résonance » (SERRS) nanoparticules avec une plus grande sensibilité6,7,8,9,10,11,12.
Une barrière qui doit être traitée pour l’adoption de nanoparticules de SE(R)RS13 et nombreux autres nanoparticules constructions14,15 pour l’usage clinique sont leur mode d’administration, comme l’injection intraveineuse des causes systémiques exposition de l’agent et nécessite des tests approfondis afin d’exclure les effets négatifs potentiels. Dans cet article, nous présentons un paradigme différent fondé sur l’application des nanoparticules localement en vivo, directement dans la cavité péritonéale pendant une intervention chirurgicale, suivie d’une étape de lavage pour enlever n’importe quel indépendant nanoparticules1. Cette approche est conforme à nouvelles approches thérapeutiques qui sont actuellement sous enquête qui font aussi l’utilisation de l’instillation locale d’agents dans la cavité péritonéale, appelée hyperthermique chimiothérapie intrapéritonéale (Chip). Ainsi, le principe lui-même devrait être relativement facile à intégrer dans un flux de travail clinique. Nous avons étudié la biodistribution des nanoparticules après application intrapéritonéale et n’a observé aucune absorption détectable dans la circulation systémique1. En outre, l’approche d’application locale contourne la séquestration des nanoparticules par le système réticulo-endothélial, donc le nombre de nanoparticules requis est nettement réduit. Toutefois, lorsqu’il est appliqué par voie topique, nanoparticules fonctionnalisés anticorps ont tendance à adhérer sur les surfaces viscérales même en l’absence de leur cible. Afin de minimiser les fausses signaux positifs en raison de l’adhérence de nanoparticules non spécifiques, nous poursuivons une approche ratiométrique, où un nanoprobe moléculairement ciblée fournit le signal spécifique et un nanoprobe de contrôle non ciblée, avec différent spectre Raman, comptes pour non-spécifiques fond16,17. Nous avons démontré cette méthodologie de la résonance améliorée surface application topique sur la spectroscopie Raman ratiométrique récemment dans un modèle murin de cancer de l’ovaire diffuse1.
L’objectif général de cette méthode consiste à développer deux nanosondes SERRS, une cible et un non spécifique, à appliquer localement dans des modèles murins, afin de la prévalence/surexpression d’un cancer d’images connexes biomarqueur ratiométrique détection des deux sondes par l’intermédiaire Imagerie Raman. Dans cet ouvrage, le récepteur de l’acide folique (FR) a été choisi comme cible, car il s’agit d’un surexprimés marqueur dans de nombreux cancers de l’ovaire18,19. Raman microimaging avec des nanoparticules axée sur les « sers » a également été démontrée pour le cancer cellule identification20. Deux « saveurs » distincts des nanoparticules de Raman sont synthétisées, chacun dérivant un colorant organique différent de son empreinte. Les nanoparticules sont constitués d’un en forme d’étoile or entouré d’une capsule de silice et de démontrer la résonance plasmonique de surface à environ 710 nm. Le journaliste de Raman (colorant organique) est déposé en même temps que la formation de la coquille de la silice. Enfin, pour les nanosondes FR ciblées (αFR-NPs) la coquille de silice est conjuguée avec des anticorps, alors que les nanosondes indifférenciés (nt-NPs) sont passivés avec une monocouche de polyéthylène glycol (PEG).
Cette technique a été utilisée avec succès pour mapper les tumeurs microscopiques dans un modèle murin de xénogreffe de cancer ovarien métastatique diffus (SKOV-3), démontrant son applicabilité pour utilisation in vivo. Il peut également être étendu pour utilisation dans les tissus excisés, pour phénotypage de tumeur, ou de la détermination de la marge après compactage comme le montre une étude apparentés21.
SERRS nanosondes fournissent une plate-forme solide pour la création de plusieurs balises ciblées pour les biomarqueurs, synthétisés par des réactions chimiques simples comme indiqué schématiquement à la Figure 1. Nous présentons ici le protocole pour la synthèse de ces deux types de nanosondes SERRS (chapitres 1-3), le développement d’un modèle de souris de cancer de l’ovaire approprié (article 4), l’administration de nanosondes et imagerie (section 5) et enfin l’analyse des données et visualisation (section 6).
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Toutes les études animales ont été approuvées par l’animalier institutionnel et utilisation Comité du Memorial Sloan Kettering Cancer Center (# 07/06/11).
1. or Nanostar Core synthèse
Remarque : Nanostars or servent de noyaux pour les deux saveurs de nanosondes SERRS utilisé dans cette expérience.
2. formation de la coquille de silice
Remarque : Deux saveurs de nanosondes Raman sont synthétisées. La procédure de synthèse est la même pour les deux, avec la seule différence étant la molécule de journaliste Raman (colorant) utilisée. Dans cette expérience, perchlorate de IR780 et IR140 sont utilisées. La réaction doit toujours être effectuée dans des récipients en plastique. La synthèse est évolutive et peut être ajustée pour la quantité désirée d’injection co-set requis. Ici, une synthèse du lot moyen est décrite, qui peut évoluer linéairement aux volumes inférieures ou supérieures au besoin, avec les mêmes concentrations et les temps de réaction. Les réactions pour les deux types de nanoprobe SERRS peuvent être effectuées en parallèle. Faites attention à éviter la contamination croisée. Sonication devrait être effectuée pour la redispersion de nanoparticules pellets après centrifugation pendant les étapes de lavage, ou après que les nanoparticules ont été conservés pendant plus d’une heure. Sonication doit être effectuée jusqu'à ce que les nanoparticules sont clairement suspendus dans la solution, en général pour 1 s.
3. surface fonctionnalisation
Remarque : IR780 SERRS nanosondes va se conjuguer avec des anticorps de folate-ciblant les récepteurs via une reticulation PEG à forme αFR-NPs ; IR140 SERRS contrôle nanosondes va se conjuguer avec une passivation PEG monocouche, pour nt-NPs. Les deux saveurs sont formées par une réaction de thiol-maléimide dans réactions distinctes mais parallèles.
4. élaboration d’un modèle de souris
5. Nanoprobe Injection et imagerie
6. traitement des données et visualisation
Remarque : Tout traitement de données a été réalisé avec une interface utilisateur graphique développée en interne, à l’aide de logiciels commerciaux. Toutes les fonctions utilisées ont des équivalents génériques disponibles dans d’autres environnements informatiques.
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À des fins de contrôle de la qualité, les nanoparticules peuvent être caractérisées à l’aide de diverses méthodes au cours du processus de synthèse, y compris le TEM, DLS, nanoparticules suivi analyse et spectroscopie d’absorbance UV/Vis, comme illustré à la Figure 2.
De cette façon, la taille du noyau nanostar or (décrit dans la section 1), la formation de la coquille de silice (se...
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Le protocole décrit ici donne des instructions pour la synthèse de deux « saveurs » de nanosondes SERRS et leur emploi chez les souris pour Raman imagerie de tumeur ovarienne surexprimant le récepteur de l’acide folique, en utilisant un algorithme ratiométrique. Le principal avantage de l’imagerie au cours d’autres techniques d’imagerie optiques (par exemple, fluorescence) Raman est la grande spécificité du signal nanoprobe qui ne peuvent pas être confondue avec les signaux d’origine biologique. Dans...
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• M.F.K. est répertorié comme un inventeur sur plusieurs émis ou dans l’attente de demandes de brevet relatives à ce travail. M.F.K. est co-fondateur de RIO Imaging, Inc., qui vise à traduire SERRS nanoparticules dans les cliniques.
• Les auteurs déclarent qu’ils n’ont aucun autres intérêts financiers concurrents.
Les sources de financement suivantes (à M.F.K.) sont reconnus : NIH R01 EB017748, R01 CA222836 et K08 CA16396 ; Damon Runyon-Rachleff Innovation Award DRR-29-14, Pershing Square Sohn prix par l’Alliance de recherche pour le Cancer Sohn Pershing Square et MSKCC Center for Molecular Imaging & nanotechnologie (CMINT) et subventions de développement de la technologie. Remerciements sont également adressés au support subventions fourni par la subvention de base de NIH MSKCC (P30-CA008748).
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
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 |
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