Name: fluorescent nanoparticles for the measurement of ion concentration in biological systems
Uploaded: 2011-07-04T13:00:00
Duration: 8 min 17 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fluorescent Nanoparticles for the Measurement of Ion Concentration in Biological Systems at JoVE.com

JMD и МКБ финансируются за счет науки IGERT Наномедицина и технологии программы Северо-Восточного университета (финансирование из NCI и NSF гранта DGE-0504331). Эта работа была также финансируемых Национальным институтом здоровья Национальный Институт общей медицинских наук Грант R01 GM084366. Мы также благодарим саумйа Дас и Энтони Розенцвейг из BIDMC в Бостоне для обеспечения кардиомиоцитов и Кевин Наличные за вклад в развитие протокола животного.

<ol>
	<li>Adrogue, H. J., Madias, N. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hyponatremia.">Hyponatremia.</a> N Engl J Med. 342, 1581-1589 (2000).</li><li>Kim, D. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=BACE1+regulates+voltage-gated+sodium+channels+and+neuronal+activity.">BACE1 regulates voltage-gated sodium channels and neuronal activity.</a> Nat Cell Biol. 9, 755-764 (2007).</li><li>Dubach, J. M., Lim, E., Zhang, N., Francis, K. P., Clark, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=in+vivo+sodium+concentration+continuously+monitored+with+fluorescent+sensors.">in vivo sodium concentration continuously monitored with fluorescent sensors.</a> Integr Biol (Camb). , (2010).</li><li>Minta, A., Tsien, R. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fluorescent+indicators+for+cytosolic+sodium.">Fluorescent indicators for cytosolic sodium.</a> J Biol Chem. 264, 19449-19457 (1989).</li><li>Dubach, J. M., Harjes, D. I., Clark, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ion-selective+nano-optodes+incorporating+quantum+dots.">Ion-selective nano-optodes incorporating quantum dots.</a> Journal of the American Chemical Society. 129, 8418-8418 (2007).</li><li>Dubach, J. M., Harjes, D. I., Clark, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fluorescent+ion-selective+nanosensors+for+intracellular+analysis+with+improved+lifetime+and+size.">Fluorescent ion-selective nanosensors for intracellular analysis with improved lifetime and size.</a> Nano Letters. 7, 1827-1831 (1021).</li><li>Schaffar, B., Wolfbeis, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+sodium-selective+optrode.">A sodium-selective optrode.</a> Mikrochim Acta III. III, 109-109 (1989).</li><li>Seiler, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+sodium-selective+optode+membranes+based+on+neutral+ionophores+and+assay+of+sodium+in+plasma.">Characterization of sodium-selective optode membranes based on neutral ionophores and assay of sodium in plasma.</a> Clin Chem. 37, 1350-1355 (1991).</li><li>Zhujun, Z., Mullin, J., Seitz, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+sensor+for+sodium+based+on+ion-pair+extraction+and+fluorescence.">Optical sensor for sodium based on ion-pair extraction and fluorescence.</a> Anal Chim Acta. 184, 251-251 (1986).</li><li>Bakker, E., Buhlmann, P., Pretsch, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carrier-Based+Ion-Selective+Electrodes+and+Bulk+Optodes.+1.+General+Characteristics.">Carrier-Based Ion-Selective Electrodes and Bulk Optodes. 1. General Characteristics.</a> Chem Rev. 97, 3083-3132 (1997).</li><li>Dubach, J. M., Das, S., Rosenzweig, A., Clark, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visualizing+sodium+dynamics+in+isolated+cardiomyocytes+using+fluorescent+nanosensors.">Visualizing sodium dynamics in isolated cardiomyocytes using fluorescent nanosensors.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 106, 16145-16150 (2009).</li><li>Harjes, D. I., Dubach, J. M., Rosenzweig, A., Das, S., Clark, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ion-Selective+Optodes+Measure+Extracellular+Potassium+Flux+in+Excitable+Cells.">Ion-Selective Optodes Measure Extracellular Potassium Flux in Excitable Cells.</a> Macromolecular Rapid Communications. 31, 217-221 (2010).</li><li>Balaconis, M. K., Billingsley, K. L., Dubach, J. M., Clark, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> , .</li><li>Park, E. J., Brasuel, M., Behrend, C., Philbert, M. A., Kopelman, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ratiometric+optical+PEBBLE+nanosensors+for+real-time+magnesium+ion+concentrations+inside+viable+cells.">Ratiometric optical PEBBLE nanosensors for real-time magnesium ion concentrations inside viable cells.</a> Anal Chem. 75, 3784-3791 (2003).</li><li>Frangioni, J. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=in+vivo+Near-Infrared+Fluorescence+Imaging.">in vivo Near-Infrared Fluorescence Imaging.</a> Curr Op Chem Biol. 7, 626-634 (2003).</li></ol>

Нет конфликта интересов объявлены.

Образование наносенсоров должен занимать не более 10 минут один раз optode решение принято и липидного PEG сушат. Optode не могут быть сделаны только быстро, когда это необходимо, но при условии хранения при температуре 4 градуса по Цельсию, они могут быть стабильными в течение нескольких месяцев. Мы показали, что nansensors, как только образуется, стабильные в растворе, по крайней мере неделю. Тем не менее, необходимо соблюдать осторожность, чтобы предотвратить фотообесцвечивания за это время, блокируя наносенсоров от светло-6 Хотя натрия наносенсоров были продемонстрированы здесь, optodes были создан для самых биологически соответствующих ионов, таких как калий и хлорид. 10,12 Мы также расширили эту технологию для малых молекул, таких как глюкоза 13. В дополнение к генерации наносенсоров для контроля различных аналитов, эти наносенсоров поддаются другие изменения, которые сделают их полезными в большинстве биологических экспериментов. Например, покрытие поверхности, в данном случае поли (этиленгликоля), могут быть легко изменены с помощью любого амфифильные молекулы, которые растворяются в воде. Это дает возможность функционализации этих наночастиц для различных приложений или цели. Размер наночастиц можно регулировать путем изменения поверхности покрытия, интенсивности ультразвука или используемого растворителя. Кальций флуоресцентных индикаторов внесли неоценимый вклад в определение внутриклеточной сигнализации кальция, однако, не доступных натрия чувствительных красителей имеют те же идеальные характеристики. Optode наночастиц призвана обеспечить альтернативный метод для работы с изображениями ионов внутриклеточно были в разработке в течение лет 14. Мы построили на этом предыдущие исследования по созданию наносенсоров специфичные для визуализации внутриклеточных натрия, который, мы надеемся обеспечить средства чтобы понять, как натрий сигнализации влияет на функционирование клетки и изменения в сигнализации, которые приводят к определенным болезням. Использование флуоресцентных наносенсоров в естественных условиях предлагает в режиме реального времени минимально-инвазивной альтернативой для мониторинга аналитов по сравнению с другими методами, такими как кровь ничьих. 3 натрия и глюкозы наносенсоров на основе технологии выше было показано, отслеживать изменения в натрия и глюкозы, соответственно, в естественных условиях. 3,13 Тем не менее, в настоящее время существуют ограничения на этот метод как средство для контроля. Например, датчики должны содержать флуорофора с достаточно спектр смещается в сторону ближнего инфракрасного красный с целью минимизации фона флуоресценции от кожи. 15 Во-вторых, текущий технику инъекции не производит равномерное введение наносенсоров, которые могут быть вызваны такими ошибки, как изменение инъекции глубину. Несмотря на эти ограничения, развитие этих флуоресцентных наносенсоров и их успешная демонстрация может сделать эти датчики неоценимый инструмент исследования и метод для мониторинга здоровья пациентов.

<table border="1"><tbody><tr><th> Наименование </th><th> Компания </th><th> Номер по каталогу </th><th> Комментарии </th></tr><tr><td> ИВИС Lumina II Инструмент пакет </td><td> Суппорт наук о жизни </td><td> 126273 </td><td></td></tr><tr><td> CD-1 безволосых мышей </td><td> Charles River </td><td> Штамм кодекса: 086 </td><td> Иммунодефицитный </td></tr><tr><td> Шприцы для инсулина </td><td> BD </td><td> 328438 </td><td> 3 / 10 мл мл, 8 мм, 31G </td></tr><tr><td> Высокой молекулярной массой ПВХ </td><td> Сигма </td><td></td><td></td></tr><tr><td> DOS </td><td> Сигма </td><td></td><td></td></tr><tr><td> CHIII </td><td> Сигма </td><td></td><td></td></tr><tr><td> NaTFPB </td><td> Сигма </td><td></td><td></td></tr><tr><td> NaIX </td><td> Сигма </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Тонкостенные капиллярные стеклянные </td><td> Саттер </td><td></td><td></td></tr><tr><td> PEG липидного </td><td> Avanti полярных липидов </td><td></td><td></td></tr></tbody></table> Таблица 1. Предоставляет список химических веществ и оборудования, используемых в этой процедуре. Все общие химические вещества, не перечисленные были приобретены у Sigma.

fluorescent nanoparticles for the measurement of ion concentration in biological systems

Плотно регулируется ионного гомеостаза в организме необходимо для предотвращения таких изнурительных государств, как обезвоживание. 1 В отличие от быстрых потоков ионов на клеточном уровне, необходимых для инициирования потенциалов действия в возбудимых клеток. 2 Натрий регулирование играет важную роль в обоих этих случаях, однако, ни один метод в настоящее время существует для постоянного контроля уровня натрия в естественных условиях 3 и внутриклеточных зондов натрия 4 не дают подробные указания, аналогичные результаты, как кальций зондов. В попытке заполнить обе эти пустоты, флуоресцентный наносенсоров были разработаны, которые могут контролировать концентрацию натрия в пробирке и в естественных условиях. 5,6 Эти датчики на основе ионоселективных optode технологии и состоят из пластифицированных полимерных частиц, в которых натрия особого признания элементы, рН-чувствительных флуорофоров и добавки встраиваются. 7-9 механистически, элемент натрия признание экстракты натрия в датчик. 10 Это извлечение причины рН-чувствительных флуорофора, чтобы освободить ионов водорода для поддержания заряда нейтральности в датчик, который вызывает Изменение флуоресценции. Натрия датчики являются обратимыми и селективных для натрия над калием даже при высокой внутриклеточной концентрации. 6 Они примерно 120 нм в диаметре и покрыты полиэтиленгликоля придать биосовместимости. Использование микроинъекции техники, датчиков может быть доставлен в цитоплазму клетки, где они были показаны на мониторе временной и пространственной динамики натрия в избиении кардиомиоцитов. 11 Кроме того, они также отслеживаются в режиме реального времени изменения в концентрации натрия в естественных условиях при введении подкожно мышам 3 настоящей статьи, мы подробно объяснить и показать методологию для изготовления флуоресцентных наносенсоров натрия и кратко продемонстрировать биологических приложений нашей лаборатории используются для наносенсоров. микроинъекции датчиков в клетки, и подкожного введения мышам датчиков .

Watch this Scientific Journal Video about Fluorescent Nanoparticles for the Measurement of Ion Concentration in Biological Systems at JoVE.com

Fluorescent Nanoparticles for the Measurement of Ion Concentration in Biological Systems

Флуоресцентные наночастицы производится в нашей лаборатории используются для работы с изображениями концентрации ионов и потоков ионов в биологических системах, таких как клетки во время сигнализации и межклеточной жидкости во время физиологического гомеостаза.

Флуоресцентные наночастицы для измерения концентрации ионов в биологических системах

Tightly regulated ion homeostasis throughout the body is necessary for the prevention of such debilitating states as dehydration.1 In contrast, rapid ion ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Magnetic Resonance Elastography Methodology for the Evaluation of Tissue Engineered Construct Growth

Магнитно резонансная Эластография методологии по оценке тканей Разработан Construct роста

Traditional mechanical testing often results in the destruction of the sample, and in the case of long term tissue engineered construct studies, the use ...

Solid Lipid Nanoparticles (SLNs) for Intracellular Targeting Applications

Solid Lipid Nanoparticles SLNs for Intracellular Targeting Applications

Твердые липидов Наночастицы (SLNS) для внутриклеточного Ориентация Приложения

Nanoparticle-based delivery vehicles have shown great promise for intracellular targeting applications, providing a mechanism to specifically alter ...

Studying Soft-matter and Biological Systems over a Wide Length-scale from Nanometer and Micrometer Sizes at the Small-angle Neutron Diffractometer KWS-2

Изучение Soft-материи и биологических систем в широком масштабе длины от нанометра и микрометра Размеры на малоуглового нейтронного дифрактометра KWS-2

The KWS-2 SANS diffractometer is dedicated to the investigation of soft matter and biophysical systems covering a wide length scale, from nm to &#181;m. ...

Merging Ion Concentration Polarization between Juxtaposed Ion Exchange Membranes to Block the Propagation of the Polarization Zone

Слияние концентрации ионов поляризация между Сочетавший ионообменные мембраны для блокирования распространения радиоволн в поляризационных зоны

The ion concentration polarization (ICP) phenomenon is one of the most prevailing methods to preconcentrate low-abundance biological samples. The ICP ...

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

Получение металлических наночастиц импульсной лазерной абляцией в жидкостях: инструмент для изучения антибактериальных свойств наночастиц

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

Flash NanoPrecipitation for the Encapsulation of Hydrophobic and Hydrophilic Compounds in Polymeric Nanoparticles

Флэш-NanoPrecipitation для инкапсуляции гидрофобных и гидрофильных соединений в полимерных наночастиц

The formulation of a therapeutic compound into nanoparticles (NPs) can impart unique properties. For poorly water-soluble drugs, NP formulations can ...

Continuous Measurement of Biological Noise in Escherichia Coli Using Time-lapse Microscopy

Continuous Measurement of Biological Noise in Escherichia Coli Using Time-lapse Microscopy

Непрерывное измерение биологического шума в Escherichia Coli с использованием замедленной микроскопии

The protocol developed here offers a tool to enable computer tracking of Escherichia coli division and fluorescent levels over several hours. The process ...

Functional Transcranial Doppler Ultrasound for Monitoring Cerebral Blood Flow

Функциональное транскраниальное допплерография для мониторинга мозгового кровотока

Functional transcranial Doppler ultrasound (fTCD) is the use of transcranial Doppler ultrasound (TCD) to study neural activation occurring during stimuli ...

Electric and Magnetic Field Devices for Stimulation of Biological Tissues

Электрические и магнитные полевые устройства для стимуляции биологических тканей

Electric fields (EFs) and magnetic fields (MFs) have been widely used by tissue engineering to improve cell dynamics such as proliferation, migration, ...

Rapid, Enzymatic Methods for Amplification of Minimal, Linear Templates for Protein Prototyping using Cell-Free Systems

Быстрые ферментативные методы амплификации минимальных линейных шаблонов для прототипирования белка с использованием бесклеточных систем

This protocol describes the design of a minimal DNA template and the steps for enzymatic amplification, enabling rapid prototyping of assayable proteins ...