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Bioengineering

Imágenes biomoleculares de la captación celular de nanopartículas mediante microscopía óptica multimodal no lineal

Published: May 16th, 2022

DOI:

10.3791/63637

1Biomedical Physics, School of Physics and Astronomy, University of Exeter
* These authors contributed equally

Este artículo presenta la integración de un módulo de enfoque espectral y un láser de pulso de doble salida, lo que permite obtener imágenes hiperespectrales rápidas de nanopartículas de oro y células cancerosas. Este trabajo tiene como objetivo demostrar los detalles de las técnicas ópticas no lineales multimodales en un microscopio de escaneo láser estándar.

El sondeo de nanopartículas de oro (AuNP) en sistemas vivos es esencial para revelar la interacción entre AuNP y tejidos biológicos. Además, al integrar señales ópticas no lineales como la dispersión Raman estimulada (SRS), la fluorescencia excitada de dos fotones (TPEF) y la absorción transitoria (TA) en una plataforma de imágenes, se puede utilizar para revelar el contraste biomolecular de las estructuras celulares y AuNP de manera multimodal. Este artículo presenta una microscopía óptica no lineal multimodal y la aplica para realizar imágenes químicamente específicas de AuNPs en células cancerosas. Esta plataforma de imágenes proporciona un enfoque novedoso para desarrollar AuNP funcionalizadas más eficientes y determinar si están dentro de las vasculaturas que rodean el tumor, los espacios pericelulares o celulares.

Las nanopartículas de oro (AuNP) han demostrado un gran potencial como sondas de imágenes biocompatibles, por ejemplo, como sustratos efectivos de espectroscopía Raman mejorada en superficie (SERS) en diversas aplicaciones biomédicas. Las principales aplicaciones incluyen campos como la biodetección, la bioimagen, las espectroscopias mejoradas por superficie y la terapia fototérmica para el tratamiento del cáncer1. Además, el sondeo de AuNP en sistemas vivos es crucial para evaluar y comprender la interacción entre AuNP y los sistemas biológicos. Existen varias técnicas analíticas, incluida la espectroscopia infrarroja por....

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1. Encendido del sistema láser

  1. Encienda el sistema de enclavamiento y seleccione el láser de brazo antes de iniciar el sistema.
  2. Encienda la PC con el software para controlar el láser de femtosegundo de doble salida.
  3. Cargue el software para el láser de femtosegundo de doble salida; Este software permite encender y apagar el láser y controla directamente la longitud de onda del haz de la bomba.
  4. Encienda la emisión láser manteniendo presionado el icono de encen.......

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El módulo Spectral Focusing Timing and Recombination Unit (SF-TRU) se introduce entre el láser de femtosegundo de doble salida y el microscopio de barrido láser modificado. El sistema láser ultrarrápido sintonizable utilizado en este estudio tiene dos puertos de salida que entregan un haz a una longitud de onda fija de 1.045 nm y el otro haz sintonizable en el rango de 680-1.300 nm. En la Figura 1 se muestra un esquema detallado del módulo SF-TRU y la plataforma de imágenes multimodal.......

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En este estudio se ha presentado la combinación del módulo SF-TRU y el sistema láser ultrarrápido de doble salida que demuestra sus aplicaciones para la microespectroscopia multimodal. Con su capacidad para investigar la absorción de nanopartículas de oro (AuNP) por las células cancerosas, la plataforma de imágenes multimodales puede visualizar las respuestas celulares a los tratamientos hipertérmicos contra el cáncer cuando los rayos láser son absorbidos por AuNP.

Además, se logra.......

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Esta investigación fue apoyada por EPSRC Grants: Raman Nanotheranostics (EP/R020965/1) y CONTRAST facility (EP/S009957/1).

....

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NameCompanyCatalog NumberComments
APE SRS Detection UnitAPE (Angewandte Physik & Elektronik GmbH)APE Lock-in ModuleCombined system containing a large area Si photo-diode for detecting the pump beam along with a Lock-In amplifier for detecting the beam modulations
Confocal Scanning UnitOlympusFV 3000Confocal scanning unit used for imaging
CML Latex Beads, 4% w/v, 1.0 µmInvitrogenC37483Polystyrene microspheres
CoverslipsThorlabsCG15CH222 mm x 22 mm coverslips for seeding cells
FBSGibco10500-064Foetal Bovine Serum (Heat Inactivated)
FlouviewOlympusFV31S-SWLaser scanning microscope control software
Function GeneratorBX precision40543Used to generate square wave function which is fed to EOM in SF-TRU to produce modulations in the stokes beam
FV3000OlympusIX83P2ZFOther microscope frames can be used.
Gold NanoparticlesNanopartzA11-60Spherical gold nanoparticles, 60 nm diameter
Input Output InterfaceOlympusFV30 ANALOGThis unit allows voltage readouts from PMT and LockIn to be fed into the confocal scanning software and allows timing pulses to be sent between the olympus microscope and the SF-TRU unit.
InSight X3NewportSpectra-PhysicsDual-output femtosecond pulsed laser. Tunable (680–1300 nm) and fixed (1045 nm) laser outputs with the repetition rate of 80 MHz.
Microscope FrameOlympusIX83Inverted microscope
Mouse 4T1 cellsATCCCRL-2539Mouse breast cancer cells
NA 1.2 Water Immersion ObjectiveOlympusUPLSAPO60XW/IRThe multiphoton 60x Objective has a 0.28 mm working distance. Other similar objectives can be used.
NA 1.4 CondenserNikonCSC1003Other condensers with NA higher than the excitation objective can also be used.
PMTHamamatsuR3896PMT used for detecting anti-stokes photos for CARS micrsocopy
PMT ConnectorHamamatsuC13654-01-Y002Connector for PMT
Power SupplyRSRSPD-3303 CProgrammable power supply which is used for providing the correct voltage to the PMT
RPMI-1640GibcoA10491-01Roswell Park Memorial Institute (RPMI) 1640 Medium has since been found suitable for a variety of mammalian cells.
SF-TRUNewport Spectra PhysicsSF-TRUSystem designed for controlling the time delay and dispersion of the 2 laser outputs and for performing the beam modulations required for SRS

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