Name: biomolecular imaging of cellular uptake of nanoparticles using multimodal nonlinear optical microscopy
Uploaded: 2022-05-16T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Biomolecular Imaging of Cellular Uptake of Nanoparticles using Multimodal Nonlinear Optical Microscopy at JoVE.com

Bu araştırma EPSRC Grants: Raman Nanotheranostics (EP / R020965 / 1) ve CONTRAST tesisi (EP / S009957 / 1) tarafından desteklenmiştir.

1. Lazer sistemini açma
<ol><li>Kilitleme sistemini açın ve sistemi başlatmadan önce kol lazerini seçin.</li>
	<li>Çift çıkışlı femtosaniye lazeri kontrol etmek için PC'yi yazılımla açın.</li>
	<li>Çift çıkışlı femtosaniye lazer için yazılımı yükleyin; Bu yazılım, lazerin açılıp kapanmasını sağlar ve pompa ışınının dalga boyunu doğrudan kontrol eder.</li>
	<li>3 sayısı için Güç simgesini basılı tutarak lazer emisyonunu açın.</li>
	<li>Lazer ısınana v...

<ol>
	<li>Tabish, T. 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=Smart+gold+nanostructures+for+light+mediated+cancer+theranostics:+Combining+optical+diagnostics+with+photothermal+therapy.">Smart gold nanostructures for light mediated cancer theranostics: Combining optical diagnostics with photothermal therapy.</a> Advanced Science. 7 (15), 1903441 (2020).</li><li>Tian, 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=Gold+nanostars+for+efficient+in+vitro+and+in+vivo+real-time+SERS+detection+and+drug+delivery+via+plasmonic-tunable+Raman/FTIR+imaging.">Gold nanostars for efficient in vitro and in vivo real-time SERS detection and drug delivery via plasmonic-tunable Raman/FTIR imaging.</a> Biomaterials. 106, 87-97 (2016).</li><li>Jenkins, S. V., 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+photothermal+treatment+efficacy+and+normal+tissue+protection+via+vascular+targeted+gold+nanocages.">Enhanced photothermal treatment efficacy and normal tissue protection via vascular targeted gold nanocages.</a> Nanotheranostics. 3 (2), 145-155 (2019).</li><li>Huang, 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=Rational+design+and+synthesis+of+gammaFe2+O3+@Au+magnetic+gold+nanoflowers+for+efficient+cancer+theranostics.">Rational design and synthesis of gammaFe2 O3 @Au magnetic gold nanoflowers for efficient cancer theranostics.</a> Advanced Materials. 27 (34), 5049-5056 (2015).</li><li>Dilipkumar, 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=Label-free+multiphoton+endomicroscopy+for+minimally+invasive+in+vivo+imaging.">Label-free multiphoton endomicroscopy for minimally invasive in vivo imaging.</a> Advanced science. 6 (8), 1801735 (2019).</li><li>Wang, C. -. 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=Differentiation+of+normal+and+cancerous+lung+tissues+by+multiphoton+imaging.">Differentiation of normal and cancerous lung tissues by multiphoton imaging.</a> Journal of Biomedical Optics. 14 (4), 044034 (2009).</li><li>Chrabaszcz, 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=Comparison+of+standard+and+HD+FT-IR+with+multimodal+CARS/TPEF/SHG/FLIMS+imaging+in+the+detection+of+the+early+stage+of+pulmonary+metastasis+of+murine+breast+cancer.">Comparison of standard and HD FT-IR with multimodal CARS/TPEF/SHG/FLIMS imaging in the detection of the early stage of pulmonary metastasis of murine breast cancer.</a> The Analyst. 145 (14), 4982-4990 (2020).</li><li>Tsai, T. 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=Visualizing+radiofrequency-skin+interaction+using+multiphoton+microscopy+in+vivo.">Visualizing radiofrequency-skin interaction using multiphoton microscopy in vivo.</a> Journal of Dermatological Science. 65 (2), 95-101 (2012).</li><li>Wang, C. -. 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=Early+development+of+cutaneous+cancer+revealed+by+intravital+nonlinear+optical+microscopy.">Early development of cutaneous cancer revealed by intravital nonlinear optical microscopy.</a> Applied Physics Letters. 97 (11), 113702 (2010).</li><li>Li, F. -. 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=Dorsal+skin+fold+chamber+for+high+resolution+multiphoton+imaging.">Dorsal skin fold chamber for high resolution multiphoton imaging.</a> Optical and Quantum Electronics. 37 (13), 1439-1445 (2005).</li><li>Tong, 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=Label-free+imaging+of+semiconducting+and+metallic+carbon+nanotubes+in+cells+and+mice+using+transient+absorption+microscopy.">Label-free imaging of semiconducting and metallic carbon nanotubes in cells and mice using transient absorption microscopy.</a> Nature Nanotechnology. 7 (1), 56-61 (2011).</li><li>Chong, S., Min, W., Xie, X. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ground-state+depletion+microscopy:+Detection+sensitivity+of+single-molecule+optical+absorption+at+room+temperature.">Ground-state depletion microscopy: Detection sensitivity of single-molecule optical absorption at room temperature.</a> The Journal of Physical Chemistry Letters. 1 (23), 3316-3322 (2010).</li><li>Chen, T., 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=Transient+absorption+microscopy+of+gold+nanorods+as+spectrally+orthogonal+labels+in+live+cells.">Transient absorption microscopy of gold nanorods as spectrally orthogonal labels in live cells.</a> Nanoscale. 6 (18), 10536-10539 (2014).</li><li>Liu, J., Irudayaraj, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-fluorescent+quantification+of+single+mRNA+with+transient+absorption+microscopy.">Non-fluorescent quantification of single mRNA with transient absorption microscopy.</a> Nanoscale. 8 (46), 19242-19248 (2016).</li><li>Freudiger, C. 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=Label-free+biomedical+imaging+with+high+sensitivity+by+stimulated+Raman+scattering+microscopy.">Label-free biomedical imaging with high sensitivity by stimulated Raman scattering microscopy.</a> Science. 322 (5909), 1857-1861 (2008).</li><li>Wang, C. -. 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=In+situ+chemically+specific+mapping+of+agrochemical+seed+coatings+using+stimulated+Raman+scattering+microscopy.">In situ chemically specific mapping of agrochemical seed coatings using stimulated Raman scattering microscopy.</a> Journal of Biophotonics. 11 (11), 201800108 (2018).</li><li>Wang, C. -. C., Yoong, F. -. Y., Penfield, S., Moger, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visualization+of+active+ingredients+uptake+in+seed+coats+with+stimulated+Raman+scattering+microscopy.">Visualization of active ingredients uptake in seed coats with stimulated Raman scattering microscopy.</a> Proceedings SPIE 10069, Multiphoton Microscopy the Biomedical Sciences XVII. , 1006928 (2017).</li><li>Hu, F., Shi, L., Min, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biological+imaging+of+chemical+bonds+by+stimulated+Raman+scattering+microscopy.">Biological imaging of chemical bonds by stimulated Raman scattering microscopy.</a> Nature Methods. 16 (9), 830-842 (2019).</li><li>Zeytunyan, A., Baldacchini, T., Zadoyan, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Module+for+multiphoton+high-resolution+hyperspectral+imaging+and+spectroscopy.">Module for multiphoton high-resolution hyperspectral imaging and spectroscopy.</a> Proceedings SPIE 10498, Multiphoton Microscopy in the Biomedical Sciences XVIII. , 104980 (2018).</li><li>Wang, C. -. C., Wu, R. -. J., Lin, S. -. J., Chen, Y. -. F., Dong, C. -. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Label-free+discrimination+of+normal+and+pulmonary+cancer+tissues+using+multiphoton+fluorescence+ratiometric+microscopy.">Label-free discrimination of normal and pulmonary cancer tissues using multiphoton fluorescence ratiometric microscopy.</a> Applied Physics Letters. 97 (4), 043706 (2010).</li><li>Wang, C. -. C., Chandrappa, D., Smirnoff, N., Moger, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monitoring+lipid+accumulation+in+the+green+microalga+botryococcus+braunii+with+frequency-modulated+stimulated+Raman+scattering.">Monitoring lipid accumulation in the green microalga botryococcus braunii with frequency-modulated stimulated Raman scattering.</a> Proceedings SPIE 9329, Multiphoton Microscopy in the Biomedical Sciences XV. , 9329 (2015).</li><li>Figueroa, B., 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=Broadband+hyperspectral+stimulated+Raman+scattering+microscopy+with+a+parabolic+fiber+amplifier+source.">Broadband hyperspectral stimulated Raman scattering microscopy with a parabolic fiber amplifier source.</a> Biomedical Optics Express. 9 (12), 6116-6131 (2018).</li><li>Cui, 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=In+situ+plasmon-enhanced+CARS+and+TPEF+for+Gram+staining+identification+of+non-fluorescent+bacteria.">In situ plasmon-enhanced CARS and TPEF for Gram staining identification of non-fluorescent bacteria.</a> Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 264, 120283 (2022).</li><li>Ma, J., Sun, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nonlinear+optical+microscopies+(NOMs)+and+plasmon-enhanced+NOMs+for+biology+and+2D+materials.">Nonlinear optical microscopies (NOMs) and plasmon-enhanced NOMs for biology and 2D materials.</a> Nanophotonics. 9 (6), 1341-1358 (2020).</li><li>Sun, L., Chen, Y., Sun, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exploring+nonemissive+excited-state+intramolecular+proton+transfer+by+plasmon-enhanced+hyper-Raman+scattering+and+two-photon+excitation+fluorescence.">Exploring nonemissive excited-state intramolecular proton transfer by plasmon-enhanced hyper-Raman scattering and two-photon excitation fluorescence.</a> The Journal of Physical Chemistry C. 126 (1), 487-492 (2022).</li></ol>

Bu çalışmada SF-TRU modülü ve ultra hızlı çift çıkışlı lazer sisteminin kombinasyonu sunulmuş ve multimodal mikrospektroskopi için uygulamaları gösterilmiştir. Altın nanopartiküllerin (AuNP'ler) kanser hücreleri tarafından alımını araştırma yeteneği ile multimodal görüntüleme platformu, lazer ışınları AuNP'ler tarafından emildiğinde hipertermik kanser tedavilerine hücresel yanıtları görselleştirebilir.
Ayrıca, hızlı kimyasal olarak spesifik görünt...

Altın nanopartiküller (AuNP'ler), biyouyumlu görüntüleme probları olarak, örneğin çeşitli biyomedikal uygulamalarda etkili yüzey geliştirilmiş Raman spektroskopisi (SERS) substratları olarak büyük potansiyel göstermiştir. Başlıca uygulamalar arasında biyoalgılama, biyogörüntüleme, yüzey geliştirilmiş spektroskopiler ve kanser tedavisi için fototermal tedavi gibi alanlarbulunmaktadır 1. Ayrıca, canlı sistemlerdeki AuNP'lerin araştırılması, AuNP'ler ve biyolojik sistemler arasındaki etkileşimi değerlendirmek ve anlamak için çok önemlidir. AuNP'lerin dokulardaki dağılımını araştırmak için başarıyla kullanılan Fourier dönüşümü kızılötesi (FTIR) spektroskopisi2, lazer ablasyon endüktif olarak eşleşmiş kütle spektrometresi (LA-ICP-MS)3 ve manyetik rezonans görüntüleme (MRI)4 dahil olmak üzere çeşitli analitik teknikler vardır. Bununla birlikte, bu yöntemler zaman alıcı olmak ve karmaşık numune hazırlama3'ü içeren, uzun edinme süreleri gerektiren veya mikronun altındaki uzamsal çözünürlük 2,4'ün eksikliği gibi çeşitli dezavantajlardan muzdariptir.
Geleneksel görüntüleme teknikleriyle karşılaştırıldığında, doğrusal olmayan optik mikroskopi, canlı hücrelerin ve AuNP'lerin araştırılması için çeşitli avantajlar sunar: Doğrusal olmayan optik mikroskopi, daha derin görüntüleme derinliği elde eder ve IR'ye yakın ultra hızlı lazerlerin kullanımıyla içsel 3D optik kesitleme yeteneği sağlar. Görüntüleme hızının ve algılama duyarlılığının önemli ölçüde artmasıyla, iki foton uyarılmış floresan (TPEF) 5,6,7 ve ikinci harmonik jenerasyon (SHG) 8,9,10 mikroskopisinin canlı hücrelerde ve dokularda endojen biyomoleküllerin non-invaziv görüntülemesini daha da geliştirdiği gösterilmiştir. Ayrıca, geçici absorpsiyon (TA)11,12,13,14 ve uyarılmış Raman saçılması (SRS)15,16,17,18 gibi yeni pompa-prob doğrusal olmayan optik teknikleri kullanarak, hücresel yapıların ve AuNP'lerin etiketsiz biyokimyasal kontrastını elde etmek mümkündür. AuNP'leri dışsal etiketler kullanmadan görselleştirmek büyük önem taşımaktadır, çünkü nanopartiküllerin kimyasal pertürbasyonları fiziksel özelliklerini ve dolayısıyla hücrelerdeki alımlarını değiştirecektir.
Bu protokol, çift dalga boylu darbeli bir lazer için bir Spektral Odaklama Zamanlama ve Rekombinasyon Birimi (SF-TRU) modülünün uygulanmasını sunarak, AuNP'lerin ve kanser hücrelerinin hızlı multimodal görüntülemesini sağlar. Bu çalışma, entegre TPEF, TA ve SRS tekniklerinin ayrıntılarını bir lazer tarama mikroskobu üzerinde göstermeyi amaçlamaktadır.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>APE SRS Detection Unit</td>
			<td>APE (Angewandte Physik &#38; Elektronik GmbH)</td>
			<td>APE Lock-in Module</td>
			<td>Combined system containing a large area Si photo-diode for detecting the pump beam along with a Lock-In amplifier for detecting the beam modulations</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Confocal Scanning Unit</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>FV 3000</td>
			<td>Confocal scanning unit used for imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CML Latex Beads, 4% w/v, 1.0 &#181;m</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>C37483</td>
			<td>Polystyrene microspheres</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Coverslips</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>CG15CH2</td>
			<td>22 mm x 22 mm coverslips for seeding cells</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FBS</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>10500-064</td>
			<td>Foetal Bovine Serum (Heat Inactivated)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flouview</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>FV31S-SW</td>
			<td>Laser scanning microscope control software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Function Generator</td>
			<td>BX precision</td>
			<td>40543</td>
			<td>Used to generate square wave function which is fed to EOM in SF-TRU to produce modulations in the stokes beam</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FV3000</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>IX83P2ZF</td>
			<td>Other microscope frames can be used.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gold Nanoparticles</td>
			<td>Nanopartz</td>
			<td>A11-60</td>
			<td>Spherical gold nanoparticles, 60 nm diameter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Input Output Interface</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>FV30 ANALOG</td>
			<td>This 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.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>InSight X3</td>
			<td>Newport</td>
			<td>Spectra-Physics</td>
			<td>Dual-output femtosecond pulsed laser. Tunable (680&#8211;1300 nm) and fixed (1045 nm) laser outputs with the repetition rate of 80 MHz.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope Frame</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>IX83</td>
			<td>Inverted microscope</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mouse 4T1 cells</td>
			<td>ATCC</td>
			<td>CRL-2539</td>
			<td>Mouse breast cancer cells</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NA 1.2 Water Immersion Objective</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>UPLSAPO60XW/IR</td>
			<td>The multiphoton 60x Objective has a 0.28 mm working distance. Other similar objectives can be used.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NA 1.4 Condenser</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>CSC1003</td>
			<td>Other condensers with NA higher than the excitation objective can also be used.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PMT</td>
			<td>Hamamatsu</td>
			<td>R3896</td>
			<td>PMT used for detecting anti-stokes photos for CARS micrsocopy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PMT Connector</td>
			<td>Hamamatsu</td>
			<td>C13654-01-Y002</td>
			<td>Connector for PMT</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power Supply</td>
			<td>RS</td>
			<td>RSPD-3303 C</td>
			<td>Programmable power supply which is used for providing the correct voltage to the PMT</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RPMI-1640</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>A10491-01</td>
			<td>Roswell Park Memorial Institute (RPMI) 1640 Medium has since been found suitable for a variety of mammalian cells.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SF-TRU</td>
			<td>Newport Spectra Physics</td>
			<td>SF-TRU</td>
			<td>System designed for controlling the time delay and dispersion of the 2 laser outputs and for performing the beam modulations required for SRS</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

biomolecular imaging of cellular uptake of nanoparticles using multimodal nonlinear optical microscopy

Canlı sistemlerde altın nanopartiküllerin (AuNP'ler) araştırılması, AuNP'ler ve biyolojik dokular arasındaki etkileşimi ortaya çıkarmak için gereklidir. Ayrıca, uyarılmış Raman saçılması (SRS), iki foton uyarılmış floresan (TPEF) ve geçici absorpsiyon (TA) gibi doğrusal olmayan optik sinyalleri bir görüntüleme platformuna entegre ederek, hücresel yapıların ve AuNP'lerin biyomoleküler kontrastını multimodal bir şekilde ortaya çıkarmak için kullanılabilir. Bu makalede multimodal doğrusal olmayan optik mikroskopi sunulmakta ve kanser hücrelerinde AuNP'lerin kimyasal olarak spesifik görüntülenmesini gerçekleştirmek için uygulanmaktadır. Bu görüntüleme platformu, daha verimli işlevselleştirilmiş AuNP'ler geliştirmek ve tümörü, perisellüler veya hücresel alanları çevreleyen vaskülatürler içinde olup olmadıklarını belirlemek için yeni bir yaklaşım sunmaktadır.

Spektral Odaklama Zamanlaması ve Rekombinasyon Birimi (SF-TRU) modülü, çift çıkışlı femtosaniye lazer ve modifiye lazer tarama mikroskobu arasında tanıtıldı. Bu çalışmada kullanılan ayarlanabilir ultra hızlı lazer sistemi, sabit bir 1.045 nm dalga boyunda bir ışın ve 680-1.300 nm aralığında ayarlanabilir diğer ışın sağlayan iki çıkış portuna sahiptir. SF-TRU modülünün ve multimodal görüntüleme platformunun ayrıntılı bir şeması Şekil 1'de gösteri...

Watch this Scientific Journal Video about Biomolecular Imaging of Cellular Uptake of Nanoparticles using Multimodal Nonlinear Optical Microscopy at JoVE.com

Biomolecular Imaging of Cellular Uptake of Nanoparticles using Multimodal Nonlinear Optical Microscopy

Bu makalede, altın nanopartiküllerin ve kanser hücrelerinin hızlı hiperspektral görüntülenmesini sağlayan spektral odaklama modülü ve çift çıkışlı darbe lazerinin entegrasyonu sunulmaktadır. Bu çalışma, multimodal doğrusal olmayan optik tekniklerin ayrıntılarını standart bir lazer tarama mikroskobu üzerinde göstermeyi amaçlamaktadır.

Multimodal Doğrusal Olmayan Optik Mikroskopi Kullanılarak Nanopartiküllerin Hücresel Alımının Biyomoleküler Görüntülenmesi

Probing gold nanoparticles (AuNPs) in living systems is essential to reveal the interaction between AuNPs and biological tissues. Moreover, by integrating ...

Protokolümüz multimodal, doğrusal olmayan, optik bir mikroskopi sunar ve kanser hücrelerinde altın nanopartiküllerin kimyasal olarak spesifik görüntülemesini gerçekleştirmek için uygular. Görüntüleme sistemimizin temel avantajı, hücresel yapıların ve altın nanopartiküllerin biyomoleküler kontrastını multimodal bir şekilde gözden geçirmek için kullanılabilmesidir. Başlamak için, uzaktan kumanda kutusu hariç tüm ekipmanların fişlerini açın.Ardından, kutunun arkasını açın ve kontrol kutusundaki uzak ışık mavi yandıktan sonra İşlemi Başlat'a basın. Daha sonra, lazer tarama mikroskobunun PC'sini açın ve konfokal mikroskop yazılımını çalıştırın. Ardından, bilgisayar yazılımını kullanarak mikroskopun ışık yolunu kontrol edin ve odağı dokunmatik ekrandan veya uzaktan kumanda düğmelerinden veya bilgisayar yazılımından kontrol edin.Yakınlaştırma, piksel cinsinden Görüntü Boyutu ve piksel bekleme süresi dahil olmak üzere yazılımda istediğiniz görüntü ayarlarını seçin ve pikselin bekleme süresinin entegrasyon süresinden daha büyük olmasını sağlayın. Lazer ışınlarını numuneye odaklayan suya daldırma hedefinin üzerine ve görüntüleme için kondenser ile numune arasına bir damla damıtılmış su damlacığı yerleştirin. Ardından, maksimum ışık miktarını toplamak için kondenserin yüksekliğini numunenin yaklaşık bir milimetre yukarısına ayarlayın ve hareketli bir montaj üzerine yerleştirilen SRS dedektörünü beyaz ışık kullanarak numuneye odaklanmak için ışın yolundan dışarı doğru hareket ettirin.Yazılım ayarlarını kullanarak, pompa ışınını seçin ve lazer dalga boyunu CH titreşimleri için 802 nanometre ve amid I zirvesi için 898 nanometre olarak değiştirin ve Raman kaymasındaki büyük değişiklikleri hesaba katın. Raman kaymasında küçük ayarlamalar yapmak için, SFTRU birimindeki gecikme aşamasını makalede açıklandığı gibi tarayın. Hiperspektral veri kümesi için Tetikleyici sekmesini seçin, ttl tetikleyicisiyle başlat'a tıklayın ve ardından Her kareyi tetikle'yi seçin.Ardından, Seri sekmesinde, zaman serisini açık ve Z serisini kapalı olarak ayarlayın. Ayrıca, zaman serisindeki kare sayısını ATM yazılımındaki adım sayısıyla eşleşecek şekilde ayarlayın. Ardından, ATM yazılımındaki Çalıştır sekmesine gidin ve CH için gecikme aşaması konumlarını 90.25 ve 92.25 olarak ayarlarken, amide I bölgesi için hiperspektral taramanın başlatma ve durdurma konumuna karşılık gelen 89 ve 91 milimetre olarak, adım sayısının bilgisayar yazılımındaki kare sayısıyla eşleşmesini sağlayın.Doğru ayarları kontrol ettikten sonra, önce Al'a gidip ardından Taramayı başlat'a tıklayarak bilgisayar yazılımındaki hiperspektral yığını başlatın. Ardından, ATM yazılımında, seçilen başlangıç ve bitiş konumları arasındaki gecikme aşaması konumunda artımlı artışlarla bir dizi görüntünün toplanmasını başlatan Başlat'a tıklayın. Ardından, hiperspektral bir tarama oluşturmak için farklı gecikme aşaması konumlarında bir dizi görüntü alın.Analog üniteyi kullanarak, görüntü alımını ve gecikme aşamasının hareketini senkronize etmek için SFTRU sistemine ttl sinyalleri gönderin ve alın. CH titreşim bölgesindeki görüntüleme ile amid I titreşim bölgesi arasında geçiş yapmak için, lazer yazılımındaki pompa dalga boyunu 802 nanometreden 898 nanometreye değiştirin. Ayrıca, ATM yazılımındaki Stokes dağılım ayarını 30 milimetreden 5 milimetreye değiştirin.SFTRU kutusunun içindeki pompa ışını dağılım yolundaki aynaya küçük bir ayar yapmak için ayna yuvasındaki alt düğmeyi ayarlayarak ayna açısını artımlı bir miktarla değiştirin. Polistiren mikrosferlerinin kimyasal seçiciliğini doğrulamak için, hiperspektral uyarılmış Raman saçılması ve spontan Raman spektrumları kaydedildi. Spektrumlar, göreceli yoğunlukta gözlenen fark dışında aynıydı.4T1 kanser hücrelerinin uyarılmış Raman saçılma görüntülemesi, lipid, protein ve DNA biyomoleküllerinin karbon-hidrojen germe titreşim bandına karşılık gelen 2, 852, 2, 930 ve 2.968 dalga numaralarında gerçekleştirildi. Kanser hücrelerindeki nanopartikül dağılımlarını araştırmak için altın nanopartiküllerle dozlanan 4T1 kanser hücrelerinin multimodal görüntülemesi yapıldı. CH2 ve CH3 kanalı, LysoTracker floresan probları ve rezonans dışı uyarılmış Raman saçılma kanalı için elde edilen uyarılmış Raman saçılma görüntüleri elde edildi.Hatırlanması gereken en önemli şey, lazer yazılımındaki titreşim bölgesini, pompa referansını ve ayrıca protokol sırasında Stokes dağılım ayarını değiştirmektir. Bu sistem, optik hizalamayı etkilemeden femtosaniyeden pikosaniye bölgesine kolayca değiştirilebilir. Bu yetenek, çoklu foton tutarlı Raman saçılması ve pompa probu spektroskopisi ve uygulamalarını gerçekleştirmemizi sağlar.Bu multimodal görüntüleme platformu, nanotıp hakkında yeni bilgiler sağlar ve hücrelerin, dokuların ve altın nanopartiküllerin moleküler olarak görüntülenmesinin yolunu açar.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Biomolecular Detection employing the Interferometric Reflectance Imaging Sensor (IRIS)

Biomolecular Detection employing the Interferometric Reflectance Imaging Sensor IRIS

Biyomoleküler Algılama istihdam İnterferometrik Yansıtma Görüntüleme Sensörü (IRIS)

The sensitive measurement of biomolecular interactions has use in many fields and industries such as basic biology and microbiology, ...

Biyomühendislik

Three-dimensional Optical-resolution Photoacoustic Microscopy

Üç boyutlu optik çözünürlük foto akustik Mikroskopi

Optical microscopy, providing valuable insights at the cellular and organelle levels, has been widely recognized as an enabling biomedical technology. As ...

Analyzing Cellular Internalization of Nanoparticles and Bacteria by Multi-spectral Imaging Flow Cytometry

Çoklu-spektral Görüntüleme Akım Sitometri tarafından Nanopartiküller ve Bakterilerin Hücresel İçselleştirilmesi Analizi

Nanoparticulate  systems have emerged as valuable tools in vaccine delivery through their  ability to efficiently deliver cargo, including proteins, to ...

Quantitative Optical Microscopy: Measurement of Cellular Biophysical Features with a Standard Optical Microscope

Nicel Optik Mikroskopi: Hücresel biyofizik ölçümü Standart Optik Mikroskop ile Özellikleri

We describe the use of a standard optical microscope to perform quantitative measurements of mass, volume, and density on cellular specimens through a ...

Preparation of Mica Supported Lipid Bilayers for High Resolution Optical Microscopy Imaging

Mika hazırlanması Yüksek Çözünürlüklü Optik Mikroskopi Görüntüleme için lipit tabakalarının Desteklenen

Supported lipid bilayers (SLBs) are widely used as a model for studying membrane properties (phase separation, clustering, dynamics) and its interaction ...

Fluorescence-quenching of a Liposomal-encapsulated Near-infrared Fluorophore as a Tool for In Vivo Optical Imaging

Fluorescence-quenching of a Liposomal-encapsulated Near-infrared Fluorophore as a Tool for In Vivo Optical Imaging

Aracı Olarak bir lipozomal-kapsüllü Yakın-Kızılötesi floroforun Floresan-söndürme<em&gt; İn Vivo</em&gt; Optik Görüntüleme

Optical imaging offers a wide range of diagnostic modalities and has attracted a lot of interest as a tool for biomedical imaging. Despite the enormous ...

Biofunctionalized Prussian Blue Nanoparticles for Multimodal Molecular Imaging Applications

Modlu Moleküler Görüntüleme Uygulamaları için Biofunctionalized Prusya Mavisi Nanopartikülleri

Multimodal, molecular imaging allows the visualization of biological processes at cellular, subcellular, and molecular-level resolutions using multiple, ...

Correlative Light- and Electron Microscopy Using Quantum Dot Nanoparticles

Kuantum Nokta Nanopartiküller kullanma Korelatif Işık- ve Elektron Mikroskobu

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

Targeted Plasma Membrane Delivery of a Hydrophobic Cargo Encapsulated in a Liquid Crystal Nanoparticle Carrier

Sıvı Kristal Nanopartikül Carrier bir Hidrofobik Kargo Encapsulated, hedeflenen Plazma Zarı Teslimat

The controlled delivery of drug/imaging agents to cells is critical for the development of therapeutics and for the study of cellular signaling processes. ...

Long-term Live Imaging Device for Improved Experimental Manipulation of Zebrafish Larvae

Zebra balığı larva geliştirilmiş deneysel manipülasyon için uzun vadeli canlı görüntüleme aygıtı

The zebrafish larva is an important model organism for both developmental biology and wound healing. Further, the zebrafish larva is a valuable system for ...