Name: surface-enhanced resonance raman scattering nanoprobe ratiometry for detecting microscopic ovarian cancer via folate receptor targeting
Uploaded: 2019-03-25T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Surface-enhanced Resonance Raman Scattering Nanoprobe Ratiometry for Detecting Microscopic Ovarian Cancer via Folate Receptor Targeting at JoVE.com

Die folgenden Finanzierungsquellen (zu M.F.K.) sind anerkannt: NIH R01 EB017748, R01 CA222836 und K08 CA16396; Damon Runyon-Rachleff Innovation Award DRR-29-14, Pershing Square Sohn Preis durch die Pershing Square Sohn Cancer Research Alliance und MSKCC-Mitte für molekulare Bildgebung & Nanotechnologie (CMINT) und Technologieentwicklung gewährt. Bestätigungen sind auch die Zuschüsse Unterstützung durch die MSKCC NIH Core Grant (P30-CA008748) erweitert.

Alle Tierversuche wurden von den institutionellen Animal Care und Nutzung Ausschuss des Memorial Sloan Kettering Cancer Center (# 07.06.11) genehmigt.
1. gold Nanostar Kern Synthese
Hinweis: Gold Nanostars dienen als Kerne für beide Varianten von SERRS Nanosonden in diesem Experiment verwendet.
<ol><li>800 mL 60 mM Ascorbinsäure (C6H8O6) Lösung in entionisiertem Wasser (DI) und 8 mL 20 mM Tetrachloroauric (HAuCl...

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

Das hier beschriebene Protokoll bietet Unterricht für die Synthese von zwei "Varianten" von SERRS Nanosonden und ihre Beschäftigung bei Mäusen für Raman imaging ovarian Tumors überexprimierenden Folat-Rezeptor, mit einem ratiometrischen Algorithmus. Der wesentliche Vorteil der Raman imaging über andere optische bildgebenden Verfahren (z. B. Fluoreszenz) ist der hohen Spezifität der Nanoprobe Signal, das mit keine Signale biologischen Ursprungs verwechselt werden kann nicht. Bei dieser Ausführungsform der Raman im...

Raman imaging mit "Oberfläche verstärkten Raman-Streuung" (SERS) Nanopartikel zeigte große Versprechung in Abgrenzung Läsionen in einer Vielzahl von Einstellungen und für viele verschiedene Tumor Typen1,2,3,4 . Der Hauptvorteil von SERS Nanopartikeln ist ihr Fingerabdruck-ähnliche spektrale Signatur, bieten ihnen unzweifelhaft erkennen, die nicht durch biologische Hintergrund Signale5verwechselt wird. Darüber hinaus ist die Intensität des abgestrahlten Signals verstärkt mit dem Einsatz von Reporter Moleküle (Farbstoffe) mit Absorption Maxima im Einklang mit der Erregung Laser, verursachend "Oberfläche verstärkte Resonanz Raman-Streuung" (SERRS) Nanopartikel mit einer noch größeren Empfindlichkeit6,7,8,9,10,11,12.
Eine Barriere, die für die Annahme von SE(R)RS Nanopartikel13 behandelt werden muss und viele andere Nanopartikel Konstrukte14,15 für den klinischen Einsatz ist ihre Art der Verabreichung, als intravenöser Injektion systemische Ursachen Exposition des Agenten, und erfordert umfangreiche Tests, um mögliche Nebenwirkungen ausschließen. In diesem Artikel präsentieren wir ein anderes Paradigma, basierend auf der Anwendung von Nanopartikeln lokal in Vivo, direkt in der Bauchhöhle während der Operation, gefolgt von einen Waschschritt jede ungebundene Nanopartikel1entfernen. Dieser Ansatz steht im Einklang mit neue therapeutische Ansätze, die derzeit untersucht werden, die auch von lokalen Instillation von Agenten in der Bauchhöhle, genannt hyperthermische intraperitoneale Chemotherapie (HIPEC) verwenden. So sollte das Prinzip selbst relativ einfach in einem klinischen Workflow zu integrieren. Wir haben die Bioverteilung der Nanopartikel nach intraperitonealer Anwendung untersucht, und nachweisbaren Absorption in den systemischen Kreislauf1nicht eingehalten. Darüber hinaus umgeht die lokale Anwendung Ansatz die Sequestrierung von Nanopartikeln vom retikuloendothelialen System, so dass die Zahlen von Nanopartikeln erforderlich deutlich reduziert werden. Allerdings neigen bei topischer Anwendung, Antikörper-funktionalisiert Nanopartikel auf die viszerale Oberfläche auch in Abwesenheit von ihr Ziel einzuhalten. Um falsche positive Signale durch unspezifische Nanopartikel Haftung zu minimieren, verfolgen wir einen ratiometrischen Ansatz sieht eine Molekular gezielten Nanoprobe spezifisches Signal und eine ungezielte Steuerung Nanoprobe mit verschiedenen Raman-Spektrum, Konten für unspezifische Hintergrund16,17. Wir haben diese Methode der topisch applizierten Oberflächen verstärkte Resonanz ratiometrischen Ramanspektroskopie vor kurzem in einem Mausmodell der diffusen Eierstockkrebs1gezeigt.
Das übergeordnete Ziel dieser Methode ist es, zwei SERRS Nanosonden, eine gezielt zu entwickeln und eine unspezifische, lokal in Mausmodellen, angewendet werden, um die Prävalenz/Überexpression des Krebses Bild im Zusammenhang mit ratiometrischen Erkennung der beiden Sonden biomarker über Raman imaging. In dieser Arbeit wurde der Folat-Rezeptor (FR) als das Ziel gewählt, da dies ein Marker hochreguliert in viele Ovarialkarzinome18,19. Raman Microimaging mit SERS-basierte Nanopartikel wurde ebenfalls für Krebs Zelle Identifikation20nachgewiesen. Zwei unterschiedliche "Varianten" von Raman Nanopartikel sind, jeweils ein unterschiedlicher organischer Farbstoff seinen Fingerabdruck ableiten synthetisiert. Die Nanopartikel bestehen aus einem sternförmigen gold Kern von einer Silikon-Hülle umgeben und zeigen Oberflächenplasmonenresonanz auf rund 710 nm. Die Raman-Reporter (organischer Farbstoff) lagert sich gleichzeitig mit der Bildung von Kieselsäure Schale. Schließlich ist für die FR-gezielte Nanosonden (αFR-NPs) die Kieselsäure-Shell mit Antikörpern, konjugiert, während die ungezielte Nanosonden (nt-NPs) mit einer Monoschicht von Polyethylenglykol (PEG) passiviert werden.
Diese Technik wurde erfolgreich zur mikroskopische Tumoren in einem Mausmodell Xenograft der diffus metastasierten Ovarialkarzinom (SKOV-3), demonstriert seine Eignung für den Einsatz in-vivo Karte. Es kann auch für den Einsatz in ausgeschnittenen Gewebe für Tumor Phänotypisierung oder Marge Bestimmung nach Gallerte wie gezeigt in einer verwandten Studie21erweitert werden.
SERRS Nanosonden bieten eine robuste Plattform für die Erstellung von mehreren gezielten Tags für Biomarker, mit einfachen chemischen Reaktionen synthetisiert, wie in Abbildung 1schematisch dargestellt. Hier stellen wir das Protokoll für die Synthese der zwei Arten von SERRS Nanosonden (Abschnitte 1 bis 3), die Entwicklung einer geeigneten Eierstockkrebs-Maus-Modell (Abschnitt 4), die Verwaltung von Nanosonden und Bildgebung (Kapitel 5) und schließlich die Datenanalyse und Visualisierung (siehe Abschnitt 6).

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:764px;" width="764">
	<tbody>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:285px;">Name of Reagent</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td style="width:132px;"></td>
			<td style="width:185px;"></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">Ascorbic acid</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A5960</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">3-MPTMS</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>175617</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">Ammonium hydroxide (28%)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>338818</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">Anti-Folate Receptor antibody [LK26]&#160;</td>
			<td>AbCam</td>
			<td>ab3361</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">Dimethyl sulfoxide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right">276855</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">Dimethyl sulfoxide (anhydrous)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>276855</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">Ethanol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>792780</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">IR140</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>260932</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">IR780 perchlorate*</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>576409</td>
			<td>Discontinued*</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">Isopropanol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>650447</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">N.N.Dimethylformamide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>227056</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">PEG crosslinker</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>757853</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">PEG-maleimide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>900339</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">Tetrachloroauric Acid</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>244597</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">Tetraethyl Orthosilicate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>86578</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">*IR792</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>425982</td>
			<td>*Alternative</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">Name of Equipment</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">Dialysis cassette (3,500 MWCO)</td>
			<td>ThermoFIsher</td>
			<td align="right">87724</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">Centrifugal filters</td>
			<td>Millipore</td>
			<td>UFC510096</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">inVia confocal Raman microscope</td>
			<td>Renishaw</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">MATLAB (v2014b)</td>
			<td>Mathworks</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">PLS Toolbox (v8.0)</td>
			<td>Eigenvector research</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

surface-enhanced resonance raman scattering nanoprobe ratiometry for detecting microscopic ovarian cancer via folate receptor targeting

Eierstockkrebs ist die tödlichsten gynäkologische Malignom. Die meisten Patienten präsentieren sich in einem fortgeschrittenen Stadium (FIGO-Stadium III oder IV), wenn lokale Metastasen verbreiten bereits stattgefunden hat. Eierstock-Krebs hat ein einzigartiges Muster der Metastasierung, in diesem Tumor Implantate zunächst in der Bauchhöhle enthalten sind. Diese Funktion könnte im Prinzip die komplette Resektion des Tumors Implantate mit heilender Absicht. Viele dieser metastatischen Läsionen sind mikroskopisch, so dass sie schwer zu erkennen und zu behandeln. Neutralisierung solcher Fixierungsprotokoll gilt als ein wichtiges Ziel zur Beseitigung von Tumor-Rezidiv und langfristiges Überleben zu erreichen. Raman imaging mit Oberfläche verstärkte Resonanz Raman-Streuung Nanosonden kann verwendet werden, um mikroskopisch kleine Tumoren mit hoher Empfindlichkeit, durch ihre helle und Bioorthogonal spektrale Signaturen zu umreißen. Hier beschreiben wir die Synthese von zwei "Varianten" von solchen Nanosonden: ein Antikörper funktionalisiert derjenige, der die Folat-Rezeptor richtet sich an – in vielen Ovarialkarzinome überexprimiert — und eine ungezielte Steuerung Nanoprobe mit unterschiedlichen Spektren. Die Nanosonden sind gemeinsam verwalteten intraperitoneal, Maus-Modellen der metastatischen menschlichen Eierstock Adenokarzinom. Alle Tierversuche stimmten die institutionellen Animal Care und Nutzung Ausschuss des Memorial Sloan Kettering Cancer Center. Die Bauchhöhle der Tiere ist chirurgisch ausgesetzt, gewaschen und mit einem Raman Microphotospectrometer gescannt. Anschließend die Raman-Unterschriften von zwei Nanosonden sind entkoppelten mit einem klassischen Least Squares passenden Algorithmus, und ihre jeweiligen Noten aufgeteilt, um ein ratiometrischen Signal von Folat gezielt über ungezielte Sonden zu liefern. Auf diese Weise werden mikroskopische Metastasen mit hoher Spezifität visualisiert. Der größte Vorteil dieses Ansatzes ist, dass die lokale Anwendung in der Bauchhöhle – was kann bequem während des chirurgischen Eingriffs erfolgen – können tag Tumoren ohne systemische Nanopartikel Exposition des Patienten zu unterwerfen. Falsche Positive Signale aus unspezifischen Bindung der Nanosonden auf viszerale Oberflächen beseitigt werden kann, von einem ratiometrischen Ansatz folgend, wo gezielte und ungezielte Nanosonden mit unterschiedlichen Raman-Signaturen als Mischung angewandt. Das Verfahren ist derzeit noch begrenzt durch den Mangel an einer kommerziellen Weitfeld-Raman imaging Kamerasystem, wodurch einmal verfügbar für die Anwendung dieser Technik in den OP-Saal.

Zur Qualitätskontrolle kann die Nanopartikel charakterisiert werden, mit einer Vielzahl von Methoden bei der Synthese, einschließlich TEM, DLS, Nanopartikel Tracking Analyse und UV/Vis Absorption Spektroskopie, wie in Abbildung 2dargestellt.
Auf diese Weise können die Größe des Kerns gold Nanostar (beschrieben in Abschnitt 1), die Bildung von Kieselsäure Schale (Abschnitt 2) und anschließende...

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Surface-enhanced Resonance Raman Scattering Nanoprobe Ratiometry for Detecting Microscopic Ovarian Cancer via Folate Receptor Targeting

Eierstockkrebs bildet Metastasen in die Bauchhöhle. Hier präsentieren wir ein Protokoll machen und Verwendung Folat-Rezeptor gezielt Oberfläche verstärkte Resonanz Raman-Streuung Nanosonden, die diese Läsionen mit hoher Spezifität über ratiometrischen Bildgebung zu offenbaren. Die Nanosonden lebenden Mäusen intraperitoneal verabreicht werden, und die abgeleitete Bilder korreliert gut mit der Histologie.

Oberfläche-verstärkte Resonanz Raman-Streuung Nanoprobe Ratiometry zur Erkennung von mikroskopischen Eierstockkrebs über Folsäure Rezeptor Targeting

Ovarian cancer represents the deadliest gynecologic malignancy. Most patients present at an advanced stage (FIGO stage III or IV), when local metastatic ...

Diese Methode verwendet die topische Anwendung von Nanopartikeln, um mikroskopische Tumoren abzubilden, insbesondere bei Malignitäten, die noch keinen Zugang zur Vaskulatur haben, wie die Metastasierung von Eierstockkrebs. Diese Technik ist ratiometrisch, bildgebungsgerichtete und nicht zielgerichtete Nanopartikel in einem einzigen Scan, um falsche Signale zu verringern und das wahre Ausmaß des Tumors zu offenbaren. Diese Nanopartikel können durch intraperitoneale oder intravenöse Injektion zur hochpräzisen Bildgebung von Eierstockkrebs und vielen anderen Tumortypen verabreicht werden.Für die Gold-Nanosternkernsynthese einen konischen Kolben mit 800 Millilitern frisch zubereiteter Ascorbinsäurelösung auf eine magnetische Rührplatte bei vier Grad Celsius legen und einen stetigen Wirbel induzieren. Schnell acht Milliliter frisch zubereitete Tetrachlorausäurelösung in den Wirbel geben. Innerhalb von Sekunden bilden sich Nanosterne und die Lösung wird von einer dunkelblauen Farbe ausgehen.Gießen Sie die Nanostar-Suspension in 50-Milliliter-Konikonröhren für die Zentrifugation und aspirieren Sie alle bis auf die letzten 200 Mikroliter Überstand aus jedem Rohr am Ende des Spins. Verwenden Sie eine Mikropipette, um die Nanopartikel in jeder Röhre wieder aufzuhängen, bevor Sie alle Nanopartikel in einer einzigen Dialysekassette bündeln. Dann dialysieren Sie die Nanopartikel für mindestens drei Tage gegen zwei Liter deionisiertes Wasser, das das Wasser täglich verändert.Für die Bildung von Kieselsäureschalen 10 Milliliter Isopropanol, 500 Mikroliter TEOS, 200 Mikroliter entionisiertes Wasser und 60 Mikroliter Farbstoff zu einem 50-Milliliter-Konischen Rohr hinzufügen. Und fügen Sie drei Milliliter Ethanol und 200 Mikroliter Ammoniumhydroxid in eine 15-Milliliter-Röhre. Als nächstes beschallen Sie die dialysierten Nanosterne, um alle Cluster zu zerstreuen und 1,2 Milliliter Nanosterne in die Röhre zu geben.Legen Sie die 50-Milliliter-Röhre auf einen Wirbelmischer und induzieren Sie einen stetigen Wirbel. Fügen Sie die Nanostar-Lösung schnell in die 50-Milliliter-Röhre mit etwa fünf weiteren Sekunden Mischen, bevor Sie das Rohr schnell auf einen Shaker für 15 Minuten bei 300 U/min bei Raumtemperatur übertragen. Die beiden Röhren müssen schnell und unter konstanter Nixierung kombiniert werden, um sicherzustellen, dass die Silication-Reaktion auf den Nanosternen stattfindet und um die freie Kieselsäureproduktion zu minimieren.Am Ende der Inkubation füllen Sie das Rohr mit Ethanol, um die Reaktion zu löschen und die Nanosterne durch Zentrifugation zu sammeln. Aspirieren Sie alle bis auf die letzten 500 Mikroliter Überstand, die darauf achten, das Pellet nicht zu stören und die Nanopartikel in einem Milliliter frischem Ethanol wieder aufzusetzen. Dann übertragen Sie die Lösung auf ein 1,5-Milliliter-Zentrifugenrohr für vier Ein-Milliliter-Ethanolwäsche durch Zentrifugation, wodurch das Pellet durch Ultraschall zwischen jeder Wäsche etwa eine Sekunde lang wieder aufsetzt wird.Um Thiole in die Partikeloberflächen einzuführen, setzen Sie das Pellet nach der letzten Wäsche in einem Milliliter eines 85%Ethanols, 10%3-Mercaptopropyl-Trimethoxysilan und 5%deionisierter Wasserlösung für eine ein- bis zweistündige Inkubation bei Raumtemperatur wieder auf. Waschen Sie am Ende der Inkubation die thiol-funktionalisierten Nanopartikel wie angegeben durch Zentrifugation, wodurch das Pellet durch Ultraschall zwischen den Waschungen wieder aufgesetzt wird. Für den Antikörper reagieren funktionalisierte Antifolatrezeptor-Nanosonden 200 Mikrogramm Antifolat-bindender Proteinantikörper mit einem zehnfachen Molarenüberschuss von PEG-Kreuzlinker in 500 Mikroliter HEPES-Puffer.Nach 30 Minuten den Antikörper durch Zentrifugation in einem Zentrifugalfilter konzentrieren und den Antikörper durch Invertieren des Filters in ein neues Rohr für eine zusätzliche Zentrifugation zurückgewinnen. Mischen Sie dann die thiol-funktionalisierten Nanopartikel mit dem konzentrierten Antikörper und inkubieren Sie die Mischung mindestens 30 Minuten bei Raumtemperatur. Um nicht zielgerichtete Nanosonden zu bilden, fügen Sie fünf Milligramm Methoxy-terminiertes PEG 5000-Maleimid, das in DMSO gelöst ist, zu den thiol-funktionalisierten Nanopartikeln in 500 Mikroliter HEPES-Puffer für eine mindestens 30-minütige Inkubation bei Raumtemperatur hinzu.Für Nanoprobe-Injektion drehen Sie beide Nanosonden-Aromen herunter und setzen Sie die Pellets in frischem MES-Puffer mit einer Konzentration von 600 Picomolar wieder auf. Mischen Sie die Nanopartikel und laden Sie einen Milliliter der resultierenden Lösung in eine Ein-Milliliter-Spritze, die mit einer 26-Spur-Nadel pro Maus ausgestattet ist, und injizieren Sie das gesamte Volumen in den Bauch jeder Maus. Dann massieren Sie den Bauch sanft, um die Nanopartikel in der Peritonealhöhle zu verteilen.Nach mindestens 25 Minuten sichern Sie die Gliedmaßen eines eingeschläferten tieres auf einer chirurgischen Plattform und verwenden Sie gezackte Zangen und Sezierschere, um die Haut zu entfernen, um das Peritoneum freizulegen. Incise das Peritoneum. Befestigen Sie die Peritonealklappen an der Plattform und waschen Sie die Innenseite der Peritonealhöhle mit mindestens 60 Milliliter PBS.Übertragen Sie dann die Plattform auf ein Raman Spektralphotometer mit aufrechter optischer Konfiguration und einer motorisierten Stufe und bebildern Sie den Bauch unter den entsprechenden Bildparametern. Dies ist entscheidend, dass fokale Ebene für den Raman-Scan auf der Oberfläche der meisten der Eingeweide ist. Wenn die Organe a-ebene sind, wird das erworbene Signal nicht nützlich sein.Zur Qualitätskontrolle können die Nanopartikel während des Syntheseprozesses mit einer Vielzahl von Methoden charakterisiert werden, darunter Transmissionselektronenmikroskopie, dynamische Lichtstreuung, Nanopartikelverfolgungsanalyse und ultraviolette sichtbare Absorptionsspektroskopie. Raman-Messungen zeigen das Vorhandensein der einzigartigen Spektren jedes Geschmacks von Nanopartikeln während der gesamten Synthese. Typische Reaktionsausbeuten und Konzentrationen hängen stark von der Pipettiertechnik während der Waschschritte ab.Die Raman-Spektren können verarbeitet werden, um die Fluoreszenz zu entfernen und normalisiert zu EinheitSfläche, um die Signalstärke zu kompensieren, bevor die klassischen kleinsten Quadrate angewendet werden. Obwohl die klassischen am wenigsten quadrierten Werte in jedem Nanosonden-Referenzspektrum nicht einzeln die spezifischen Positionen der Tumoren angeben, zeigen die punktweisen Verhältnisse das Vorhandensein der disseminierten mikroskopischen Ausbreitung. Beim Versuch dieses Verfahrens ist es wichtig, daran zu denken, die Nanopartikel bei jedem Schritt der Synthese zu validieren, da die Qualität der Nanopartikel die Endergebnisse stark beeinflusst.Diese Technik demonstriert das Potenzial für Forscher, SERRS-Nanosonden zum Nachweis von tumorbezogenen Markern in Tiermodellen und ausgeschnittenen Patientengeweben mit hoher mikroskopischer Präzision zu verwenden.

Research

JoVE Journal

Cancer Research

Intra-iliac Artery Injection for Efficient and Selective Modeling of Microscopic Bone Metastasis

Intra-Beckenarterie Injection für effiziente und selektive Modellierung von Mikroskopische Knochenmetastasen

Intra-iliac artery (IIA) injection is an efficient approach to introduce metastatic lesions of various cancer cells in animals. Compared to the widely ...

Forschung

Krebsforschung

Murine Experimental Model of Original Tumor Development and Peritoneal Metastasis via Orthotopic Inoculation with Ovarian Carcinoma Cells

Murine Experimental Model of Original Tumor Development and Peritoneal Metastasis via Orthotopic Inoculation with Ovarian Carcinoma Cells

Murine experimentellen Modell der ursprünglichen Tumor-Entwicklung und Peritoneal Metastasierung<em&gt; über</em&gt; Orthotopische Inokulation mit Ovarialkarzinomzellen

Epithelial ovarian carcinoma (EOC) is associated with a poor prognosis because it shows peritoneal dissemination. To improve the prognosis, it is ...

An Integrated Platform for Genome-wide Mapping of Chromatin States Using High-throughput ChIP-sequencing in Tumor Tissues

Eine integrierte Plattform für genomweite Kartierung von Chromatin Staaten mit hohem Durchsatz ChIP-Sequenzierung im Tumorgewebe

Histone modifications constitute a major component of the epigenome and play important regulatory roles in determining the transcriptional status of ...

A GPC3-targeting Bispecific Antibody, GPC3-S-Fab, with Potent Cytotoxicity

Ein GPC3-targeting Bispezifische Antikörper, GPC3-S-Fab, mit potenten Zytotoxizität

This protocol describes the construction and functional studies of a bispecific antibody (bsAb), GPC3-S-Fab. bsAbs can recognize two different epitopes ...

Synthesis and Characterization of Placental Chondroitin Sulfate A (plCSA)-Targeting Lipid-Polymer Nanoparticles

Synthesis and Characterization of Placental Chondroitin Sulfate A plCSA-Targeting Lipid-Polymer Nanoparticles

Synthese und Charakterisierung von Plazenta Chondroitin Sulfat (PlCSA) - Targeting Lipid - Polymer Nanopartikel

An effective cancer therapeutic method reduces and eliminates tumors with minimal systemic toxicity. Actively targeting nanoparticles offer a promising ...

Detecting the Ligand-binding Domain Dimerization Activity of Estrogen Receptor Alpha Using the Mammalian Two-Hybrid Assay

Erkennung der Liganden-bindende Domäne Dimerisierung Aktivitäten von Östrogen-Rezeptor Alpha mit den Säugetieren Zweimischling Assay

Estrogen receptor alpha (ER&#945;) is an estrogenic ligand-dependent transcription regulator. The sequence of ER&#945; protein is highly conserved among ...

Manufacturing Chimeric Antigen Receptor (CAR) T Cells for Adoptive Immunotherapy

Manufacturing Chimeric Antigen Receptor CAR T Cells for Adoptive Immunotherapy

Herstellung von Chimeric Antigen Receptor (CAR) T-Zellen für die Adoptivimmuntherapie

Adoptive immunotherapy holds promise for the treatment of cancer and infectious disease. We describe a simple approach to transduce primary human T cells ...

Preparation of Mitochondria from Ovarian Cancer Tissues and Control Ovarian Tissues for Quantitative Proteomics Analysis

Vorbereitung von Mitochondrien aus Eierstockkrebsgeweben und Kontrolle von Ovarialgeweben für die quantitative Proteomik-Analyse

Ovarian cancer is a common gynecologic cancer with high mortality but unclear molecular mechanism. Most ovarian cancers are diagnosed in the advanced ...

Quantifying Replication Stress in Ovarian Cancer Cells Using Single-Stranded DNA Immunofluorescence

Quantifizierung des Replikationsstresses in Ovarialkarzinomzellen mittels einzelsträngiger DNA-Immunfluoreszenz

Replication stress is a hallmark of several ovarian cancers. Replication stress can emerge from multiple sources, including double-strand breaks, ...

Visualizing DNA Damage Repair Proteins in Patient-Derived Ovarian Cancer Organoids via Immunofluorescence Assays

Visualizing DNA Damage Repair Proteins in Patient-Derived Ovarian Cancer Organoids via Immunofluorescence Assays

Visualisierung von Proteinen zur Reparatur von DNA-Schäden in patienteneigenen Ovarialkarzinom-Organoiden mittels Immunfluoreszenz-Assays

Immunofluorescence is one of the most widely used techniques to visualize target antigens with high sensitivity and specificity, allowing for the accurate ...