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인테그린 αvβ3을 표적으로 하는 이중 모드 프로브의 합성 및 체외 연구

초록

악성종양은 인명을 위협하는 중대한 질병으로 조기진단과 전이예측이 치료계획의 선택과 치료시기를 결정짓는 중요한 요소이다. 인테그린 αv β3 종양 신생혈관의 분자 표지자로 폭넓은 관심을 받아온 는 분자 영상 연구에서 종양 발생 및 진행을 모니터링하는 중요한 표적입니다. 이 연구는 인테그린 αv를 표적으로 하는 자기 공명(MR)/형광 이중 모드 분자 프로브 cRGD-Gd-Cy5.5를 보고합니다. β3 수용체와 리포좀을 운반체로 사용합니다. 얻어진 나노프로브는 60.08 ± 0.45 nm의 크기를 가지며, 물에 잘 분산되고, 균일한 크기 분포, 바람직한 안정성 및 높은 이완성을 갖는다. r1 이완율은 10.515mM −1 이었습니다. s −1 , 임상 사용에서 다른 Gd 킬레이트보다 훨씬 높습니다. 프로브는 시험관 내 시험 농도에서 세포 독성을 나타내지 않았으며, 시험관 내 형광 영상 및 자기 공명 영상을 통해 A549 세포 및 SUNE-1-5-8F 세포를 표적화하는 능력을 예비 평가하였다. 결과는 cRGD-Gd-Cy5.5 nanoprobe가 인테그린 αv의 높은 발현과 함께 바람직한 안정성과 생물학적 안전성, 높은 T1 이완 속도, 그리고 종양에 대한 강한 표적화 및 결합을 나타내는 양호한 특성을 가짐을 입증했습니다. β3 . 따라서 cRGD-Gd-Cy5.5는 종양 전이의 시각적 모니터링을 위한 유망한 약제입니다.

<섹션 데이터-제목="배경">

배경

악성 종양 침윤과 원격 전이가 치료 실패의 주요 원인을 구성합니다. 악성 종양 전이의 과정은 세포외 기질(ECM)과 종양 신생혈관의 파괴가 필요합니다[1]. 따라서, 종양 신생혈관과 관련된 분자 마커의 시험관내 비침습적 모니터링은 종양 전이 예측 및 조기 진단에 특히 중요합니다. 인테그린 αv β3 , 종양 신생혈관의 널리 연구된 분자 마커는 광범위한 관심을 받았습니다. 이 인테그린은 종양 신생혈관이 형성되는 동안 혈관 내피 세포의 부착, 증식 및 분화와 밀접한 관련이 있습니다[2].

분자 영상의 발전은 분자 수준에서 종양 성장의 비침습적 모니터링을 가능하게 했습니다. 관심 대상 분자의 분자 영상 연구에는 (1) 적절한 표적 구성 요소와 (2) 영상 기술로 감지할 수 있는 신호 구성 요소의 두 가지 기본 요소가 있어야 합니다. 인테그린 αv β3 ECM 단백질의 아르기닌-글리신-아스파테이트(Arg-Gly-Asp, RGD) 서열을 특이적으로 인식하고 결합하는 는 구조적 변화를 통해 활성화됩니다. 따라서 RGD 서열은 중요한 표적 성분으로서 종양 표적 추적자의 합성에 널리 사용되어 왔다[3]. 자기공명영상(MR) 영상은 비전리 방사선, 높은 연조직 분해능 및 비제한적인 침투 깊이 때문에 종양 모니터링을 위한 가장 강력한 분자 영상 진단 도구 중 하나가 되었습니다[4, 5]. 통계 분석에 따르면 약 50%의 MR 검사에서 영상의 품질을 향상시키기 위해 조영제를 사용해야 합니다[6, 7]. 근적외선 형광 이미징은 광학 이미징의 일종으로, 가장 먼저 발견된 비가시광인 근적외선의 파장은 700~900nm 범위입니다. 근적외선 형광 이미징 기술을 사용하면 외과의가 수술 중 종양을 시각화, 묘사 및 절제할 수 있습니다[8, 9]. 그러나 인간 질병 스펙트럼의 변화와 함께 단일 모드 분자 영상은 높은 위양성 및 위음성 비율로 인해 정밀 진단의 요구 사항을 충족하지 못합니다. 따라서 다중 모드의 통합에 기반한 분자 영상 기술은 분자 영상 개발의 새로운 추세가 될 것입니다[10].

이 연구에서 우리는 종양의 조직학적 및 기능적 영상화에 사용할 수 있는 이중 모드 분자 프로브 cRGD-Gd-Cy5.5를 준비했습니다(Scheme 1). Fe3가 있는 분자 프로브와 비교 O4 신호 단위[11, 12]로서 cRGD-Gd-Cy5.5는 (a) 높은 상자성(Gd 3 + 주변의 7개의 짝을 이루지 않은 전자 ); (b) 임상에서 널리 사용되는 Magnevist와 같은 안정한 킬레이트화제를 형성하기 위해 담체와 결합하는 능력; (c) 음의 조영제보다 높은 공간 해상도 및 더 높은 이미지 정의 [13, 14]. 우리는 MR 조영제를 형광 조영제에 연결하는 운반체 분자로 리포솜을 선택했습니다. 일반적인 인지질은 분자 구조에 2개의 긴 소수성 탄화수소 사슬과 친수성 기를 가지고 있습니다. 물이나 완충액에 첨가하면 적절한 양의 인지질 분자가 특정 방향으로 배열되어 친수성 그룹이 양쪽에서 수상을 향하고 소수성 탄화수소 사슬이 서로 마주하여 리포솜에서 이중층을 형성합니다. RGD를 표적으로 하는 고리형 펩타이드와 Cy5.5 형광 분자는 도입된 아미노기가 있는 폴리에틸렌 글리콜(PEG) 인지질을 통해 리포솜 표면에 접합되었으며, 마지막으로 Gd 이온을 리포솜에 캡슐화하여 표적 다중 모드 분자 프로브의 구성을 달성했습니다. 구조, 구성, 크기, 모양, 안정성 및 MR 이완성 측면에서 바람직한 특성을 가지고 있습니다. 이의 세포적합성은 세포독성 분석 및 세포 형태 관찰을 통해 평가되었습니다. 마지막으로, 체외 암세포의 T1 강조 MR 영상 및 형광 영상에 대한 cRGD-Gd-Cy5.5의 잠재력이 평가되었습니다.

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인테그린 αv의 고감도 검출을 위한 생체 적용을 위한 RGD 접합 및 Cy5.5가 뒤따르는 Gd 도핑된 리포솜의 합성 경로 β3

<섹션 데이터-제목="결과">

결과

cRGD-Gd-Cy5.5 Nanoprobe의 특성

cRGD-Gd-Cy5.5 용액은 옅은 분홍색의 투명한 액체였으며, 잠시 방치한 후에도 뚜렷한 침전이 없었으며, 이는 좋은 분산을 나타냅니다. 투과 전자 현미경(TEM)은 cRGD-Gd-Cy5.5 리포솜 복합체의 모양이 균일한 크기의 구형으로 나타났으며, 그림 1a와 같이 2% 인산 텅스텐산나트륨으로 음성 염색 후 과립 응집이나 손상이 없는 것으로 나타났습니다. 입자 크기 분포는 50~80nm 범위로 일정했으며 평균 입자 크기는 60.08 ± 0.45nm였습니다. 동적 광산란(DLS)을 통해 측정한 cRGD-Gd-Cy5.5 리포솜 복합체의 수화된 입자 크기는 124.2 ± 0.215nm였습니다(그림 1b). 그림에서 보는 바와 같이 나노입자는 물에서 좁은 크기 분포와 좋은 분산을 보였다. 표면 제타 전위는 39.5 ± 1.65mV로 표면에 아미노기의 존재와 일치하는 양의 표면 전하를 나타냅니다(그림 1c).

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CRGD-GD-CY5.5 나노프로브의 특성화 데이터. cRGD-Gd-Cy5.5의 저배율 TEM 이미지. 입도는 입도분석으로 검출하였으며, 프로브의 평균크기는 124.2nm였다. 제타 전위는 약 39.5mV이고 겉보기 표면은 양전합니다.

다기능 마이크로플레이트 분석에 따르면 블랭크 리포솜에는 UV 흡수 영역이 없고 600nm 여기광에서 형광 Cy5.5와 결합된 리포솜은 685nm에서 명백한 흡수 피크를 가지며(그림 1a), 형광 Cy5.5의 방출 파장과 일치합니다. . 형광 분자는 Cy5.5가 성공적으로 결합되었음을 보여주었습니다. 작은 동물 형광 이미징 시스템의 결과는 600nm 여기광 하에서 리포솜이 결합된 형광 Cy5.5는 명백한 적색 형광을 갖는 반면 블랭크 리포솜은 형광 신호가 없음을 보여주었습니다(그림 2b).

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cRGD-Gd-Cy5.5 나노프로브의 형광 특성. 형광 Cy5.5로 표지된 리포솜은 다기능 효소 분석기로 검출되었으며 600nm 여기광에서 670nm에서 가시적인 방출 피크가 있었습니다. 600nm 여기광에서 리포솜 결합 형광 Cy5.5(왼쪽)는 명백한 발광을 보이는 반면 블랭크 리포솜(오른쪽)은 형광 이미징이 없습니다.

cRGD-Gd-Cy5.5 Nanoprobe의 MR 이완 측정법

r1 이완율은 T1 MR 조영제의 영상 성능을 평가하는 중요한 매개변수입니다. 따라서 우리는 다른 Gd 농도로 프로브 cRGD-Gd-Cy5.5의 T1 이완 시간을 측정했습니다. 그림 3b에서 볼 수 있듯이 cRGD-Gd-Cy5.5의 r1 이완율은 10.515mM -1 이었습니다. s −1 선형 피팅 후 임상 제품 Magnevist보다 훨씬 높음(4.56 mM −1 s −1 ). cRGD-Gd-Cy5.5의 높은 r1 이완율은 운반 리포솜의 특별한 공간 구조와 리포솜의 생물학적 신호 증폭 효과의 결과일 수 있습니다. Gd 농도가 증가함에 따라 cRGD-Gd-Cy5.5는 MR 신호 강도를 향상시켰습니다(그림 3a). 이러한 결과는 합성 cRGD-Gd-Cy5.5가 MR 이미징에서 높은 이미지 대비에 대한 요구 사항을 충족함을 보여줍니다.

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cRGD-Gd-Cy5.5 나노프로브의 이완 특성. T1- 서로 다른 농도(Gd)에서 이러한 입자의 가중치 이미지(Siemens, Verio, 3.0T, MOLLI, 시퀀스:TR =5.8 ms, TE =3.66 ms, TI =16–3200 ms). Gd 농도 및 이완 시간의 피팅 곡선; cRGD-Gd-Cy5.5의 r1 값은 10.515mM −1 이었습니다. s −1

cRGD-Gd-Cy5.5 나노프로브의 세포독성 연구

cRGD-Gd-Cy5.5의 시험관 내 세포독성은 CCK-8 분석을 통해 미처리 그룹(100%)의 세포 생존율과 비교하여 평가되었습니다. 모든 세포는 테스트된 Gd 농도(50-400μM) 범위 내에서 70% 이상의 세포 생존력을 보여주었으며(그림 4), 이 분자 프로브가 우수한 세포 적합성을 가지고 있음을 나타냅니다. 특히, 세포 생존율은 400μM Gd와 함께 24시간 배양한 후에도 여전히 70%보다 높았으며, 이는 in vitro 및 in vivo에서 사용된 용량보다 훨씬 높은 농도입니다.

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세포독성 시험. 인간 폐 선암종(A549), 비인두암 세포주(SUNE-1-5-8F), 인간 탯줄 정맥 내피 세포(HUVEC) 및 유방 정상 세포주(MCF10A)의 다양한 농도의 cRGD-Gd-와 배양된 세포 생존율 24시간용 Cy5.5

인테그린 αvβ3의 면역형광 염색 및 유세포분석법

면역형광법의 결과 A549 및 5-8F 세포에서 integrin αvβ3 발현이 세포막과 세포질에 국한되어 있음을 확인하였다. A549 세포의 인테그린은 주로 세포막에 위치하여 A549 세포 표면의 형광 강도가 SUNE-1-5-8F 세포보다 높았다. MCF-10A 세포의 형광 강도는 매우 약하여 유방 상피 세포 표면에서 인테그린 αvβ3가 거의 발현되지 않음을 보여줍니다(그림 5a). 유세포 분석 결과는 그림 5c에 나와 있습니다. 인테그린 αvβ3 발현 수준은 A549(89.07%)> SUNE-1-5-8F(63.84%)> MCF-10A(1.56%)로 순위가 매겨져 암세포의 αvβ3 수준이 정상 유방의 αvβ3 수준보다 유의하게 높음을 나타냅니다. 샘 세포.

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A549, SUNE-1-5-8F 및 MCF-10A 세포의 공초점 레이저 주사 현미경(CLSM) 이미지. 인테그린 αvβ3의 세포 면역형광 이미지. 세포막에서 발현되는 A549 및 SUNE-1-5-8F 세포주, MCF-10A 세포에서는 인테그린 αv가 거의 발현되지 않음 β3 . 200μg mL −1 에서 cRGD-Gd-Cy5.5와 함께 배양된 A549, SUNE-1-5-8F 및 MCF10A 세포 37°C에서 1시간 동안 농도 세포에 결합된 프로브의 양은 세포 면역형광의 결과와 일치합니다. A549, SUNE-1-5-8F 및 MCF-10A 세포에서 인테그린 αvβ3 발현을 검출하기 위한 유세포 분석법

cRGD-Gd-Cy5.5의 세포 흡수

면역형광염색 결과, cRGD-Gd-Cy5.5와 함께 배양된 A549 및 5-8F 세포를 실험군으로 사용하였고, cRGD-Gd-Cy5.5와 함께 배양한 MCF-10A 세포를 실험군으로 사용하였다. 통제 그룹. cRGD-Gd-Cy5.5와 함께 배양한 후, A549 세포와 5-8F 세포의 막에서 적색 형광 신호가 관찰되었으며, A549 세포의 신호 강도가 SUNE-1-5-8F 세포의 신호 강도보다 더 높았습니다(그림 1b). 5b). 이 결과는 면역형광 염색에 의해 검출된 인테그린 αvβ3의 발현과 일치한다. 대조군의 MCF-10A 세포막에서는 거의 적색 형광 신호가 발견되지 않았습니다.

체외 MR 이미징 및 형광 이미징

cRGD-Gd-Cy5.5는 높은 r1 이완율과 우수한 세포 적합성을 기반으로 시험관 내 암세포의 MR 영상을 위한 양성 조영제로 사용되었습니다. 그림 6a, b에서 볼 수 있듯이 T1 강조 MR 영상의 색상이 점차 밝아지며, 이는 cRGD-Gd-Cy5.5를 처리한 A549 세포의 MR 신호 강도가 Gd 농도가 높을수록 증가함을 나타냅니다. 두 그룹 간의 T1 이완 시간의 차이는 t 두 개의 독립적인 샘플에 대한 테스트(p <0.05). 이러한 데이터는 합성 cRGD-Gd-Cy5.5가 암 세포의 시험관 내 MR 영상에서 양성 조영제로 사용할 가능성이 있음을 시사합니다. 유사하게, 작은 동물 형광 시스템은 프로브 농도가 증가함에 따라 형광 강도의 상응하는 증가를 보여주었습니다(그림 6c). 영상 신호와 특정 데이터로부터 대상군(cRGD-Gd-Cy5.5)이 비표적군(Gd-Cy5.5)보다 영상 효과가 더 좋았다.

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세포 자기 공명 및 형광 이미징. 세포를 Gd 농도(0, 0.005, 0.01, 0.02, 0.04, 0.08(mM))에 따라 2시간 동안 A549 세포와 함께 배양했습니다. Gd-Cy5.5를 대조군으로 사용하였다. 해당 자기 공명 영상의 T1 이완 시간. 작은 동물 라이브 이미징 시스템 이미지

체내 MR 및 형광 이미징

조영제를 주입하기 전에 획득한 MRI 영상은 종양과 다른 말초 기관/조직 간에 유의한 신호 차이를 나타내지 않았습니다. CRGD-Gd-Cy5.5 주입 후 5분에 종양 부위의 신호 강도가 강화되기 시작했지만 주입 후 6시간 이후 안정적인 초강도가 유지되었습니다. 실험군에서는 30분부터 종양 실질의 강화가 관찰되었고, 2시간에 강화가 강화되었다(Fig. 7a). 그러나 수용체 차단군에서는 종양의 가장자리에서 완만한 강화만이 발견되었고 강화 정도는 2시간에 약해져서 이미 사라졌다(그림 7a). 형광 이미지에서 표적 그룹의 형광 강도는 30분부터 점차적으로 향상되었지만 6시간째에는 여전히 높았습니다(그림 7b). 이는 혈액 순환이 확장되고 CRGD-Gd-Cy5.5가 효율적으로 집중되었음을 나타냅니다. 종양. 수용체 차단 그룹에서는 테스트된 모든 시점에서 특정 프로브 농도가 관찰되지 않았습니다. 양측 신장에서 고강도 형광이 6시간째에 관찰되었습니다(그림 7b). 우리는 CRGD-Gd-Cy5.5의 대사 경로가 신장 시스템을 통한 제거일 수 있다고 추론합니다.

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누드 마우스 비인두암 피하 이종이식 종양 모델의 MR 및 형광 영상. 누드 마우스를 마취하고 주사 전과 주사 후 0.5, 2, 6시간에 3.0-T MRI 스캐너로 영상화했습니다. 누드 마우스를 마취하고 주사 후 0.5, 2, 6시간에 형광 이미징 시스템으로 이미지화했습니다.

토론

Integrin αvβ3는 종양 신생혈관의 내피세포뿐만 아니라 악성 흑색종, 악성 신경교종, 전립선암, 폐암, 유방암 세포 등 다양한 종양 세포의 표면에서도 높게 발현되는 반면[15], αvβ3는 정상 상피 세포 및 성숙한 혈관 내피 세포에서 낮은 수준으로 발현되거나 발현되지 않는다. 위의 특성을 기반으로 integrin αvβ3는 종양 전이의 생체 내 모니터링을 위한 이상적인 표적이 되었습니다[16]. 그러나, 인테그린 αvβ3 발현 수준을 측정하는 현재 방법은 여전히 ​​해결해야 할 비침습성, 반복성 및 영상 적시성의 문제가 있습니다. 위의 객관적인 문제의 관점에서, 본 연구에서는 인테그린 αvβ3 발현의 실시간 동적 모니터링을 위해 이중 모드 분자 프로브를 합성했으며, 이는 간접적으로 종양 전이 예측 및 모니터링 목표를 달성했습니다.

조영제는 MR 영상의 메커니즘에 따라 Gd 화합물(T1-양성 조영제)과 상자성 산화철 나노입자(T2-음성 조영제)의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 다른 조영제와 비교하여 Gd 화합물은 임상 실습에서 비할 데 없는 이점이 있습니다[17]. 초상자성 물질인 Gd 이온은 T1 강조 영상에서 고강도 신호를 제공합니다. Gd는 또한 다양한 물질에 결합하여 높은 공간 분해능과 높은 신호 대 잡음비로 안정적인 복합체를 형성할 수 있습니다. 그러나 조영제의 종류마다 한계가 있다(즉, T1 조영제의 짧은 혈액순환 시간과 T2 조영제의 자화율 아티팩트)[18,19,20,21]. 전통적인 Gd 화합물에는 다음과 같은 제한 사항이 있습니다. (1) 전통적인 Gd 킬레이트는 표적화 효과가 없습니다. (2) Gd 킬레이트 조영제의 신호 강도는 동일한 농도에서 초소형 초상자성 산화철 입자(USPIO)의 신호 강도보다 낮습니다. 위의 문제를 해결하기 위해 Gd 이온을 거대분자 구조(리포솜, 수지상 분자, 덱스트란 등)에 연결하여 T1 이완 효과를 높이고[22], 복합체를 종양 표적의 리간드에 연결하여 분자 프로브를 제조합니다. 종양 표적 이미징을 달성합니다[23]. 이 연구에서는 MR 조영제를 형광 조영제에 연결하는 운반체 분자로 리포좀을 선택했습니다. 리포솜의 특별한 공간 구조는 생물학적 신호 증폭 효과가 있으며 국소 조직의 Gd 이온 농도를 효과적으로 향상시켜 MR 신호 강도를 향상시킵니다. Zhou et al. [24]는 β-cyclodextrin-linked polyhedral oligomeric silsesquioxane(POSS) 나노입자를 운반체로 사용하여 RGD를 Gd 화합물에 연결하여 T1 이완 속도가 9.50mM −1 S −1 . 이 연구에서 얻은 리포솜-cRGD-Gd-Cy5 복합체는 T1 이완 속도가 10.515mM −1 인 것으로 밝혀졌습니다. S −1 , 현재 임상에서 사용 중인 Gd 제제(Magnevist)의 T1 이완율의 2배 이상이며 이 복합체도 우수한 MR 영상 특성을 나타냈습니다.

우리 그룹에서 준비한 나노프로브는 크기가 균일하고 모양이 규칙적이며 분산성이 좋습니다. 제타 전위는 분자 프로브의 안정성을 반영하며, 제타 전위의 양수 또는 음수 값이 높을수록 시스템이 더 안정적이고 응집 가능성이 적습니다. 일반적으로 제타 전위가 + 30mV보다 높거나 - 30mV보다 낮은 분자는 안정성이 좋은 것으로 간주됩니다. 이 연구에서 얻은 프로브 입자 표면의 제타 전위는 + 39.5 ± 1.65mV로 + 30mV보다 약간 낮습니다. 그럼에도 불구하고 TEM에서는 응집이 관찰되지 않았습니다.

Gd 제제는 현재 임상에서 가장 널리 사용되는 MR 조영제이며 생물학적 안전성을 무시할 수 없습니다. Guo et al. [25] 수지상 히알루론산과 결합된 Gd 복합체는 MR 조영제로서 매우 안전하고 효과적인 미세 입자로서 인체에 높은 감도와 낮은 잔류 잔류량을 가지고 있음을 발견했습니다. 제작된 분자 프로브의 시험관 내 세포 독성 연구를 통해 이 분자 프로브는 종양 세포뿐만 아니라 비종양 세포(상피 세포 및 혈관 내피 세포)에 대해서도 낮은 세포 독성과 높은 생물학적 안전성을 갖는 것으로 입증되었습니다. 우리는 리포솜이 좋은 생체 적합성을 가지고 있으며 낮은 생체 독성이 Gd 이온을 캡슐화하는 리포솜의 이점이 될 수 있다고 믿습니다.

이전 연구[26,27,28]를 기반으로, 우리 그룹은 SUNE-1-5-8F 비인두암 세포의 혁신적인 추가와 함께 실험 그룹에서 사용하기 위해 인테그린 αvβ3의 고발현을 갖는 A549 폐 선암종 세포주를 선택했습니다. 시험관내 세포 표적화 실험에서 라인; 인테그린 αvβ3의 발현이 거의 없는 유선 상피 세포를 음성 대조군으로 포함시켰다. 분자 프로브는 A549 폐 선암 세포와 SUNE-1-5-8F 비인두암 세포의 세포막에 잘 결합했지만 MCF-10A 세포에는 결합하지 않아 프로브가 분자 표적화 능력이 우수한 것으로 나타났다. 면역형광분석 결과로 확인되었다. MR 영상 결과는 종양 세포에서 비표적 조영제(Gd-Cy5.5)보다 신호 강도가 더 높은 MR에서 리포솜 cRGD-Gd-Cy5.5 분자 프로브의 표적화 특성을 추가로 확인했습니다. 생체 내 실험은 프로브가 혈청에서 안정적으로 유지되고 최소 6시간 동안 종양 부위를 지속적으로 표적화할 수 있음을 확인합니다. 시험관 내 연구의 결과는 누드 마우스의 비인두암 전이 모델에서 분자 프로브에 대한 후속 생체 내 연구를 보장합니다.

결론

요약하면, 인테그린 αvβ3를 표적으로 하는 이중 모드 프로브 cRGD-Gd-Cy5.5의 제조 방법이 가능하며, 이 프로브는 바람직한 안정성 및 생물학적 안전성 및 높은 T1 이완율을 갖는다. 프로브는 인테그린 αvβ3 발현이 높은 세포에 대한 강력한 표적화 효과를 보여 MR/형광 분자 이미징을 통해 해부학적 수준 및 분자 대사 수준에서 종양 전이의 비침습적이고 효율적이며 실시간 동적 모니터링을 위한 견고한 토대를 마련했습니다. 생체 내.

방법

cRGD-Gd-Cy5.5의 합성

클로로포름 20mL에 레시틴 70mg, 콜레스테롤 20mg, DSPE-PEG2000-NH 210mg을 가하고 초음파 세척기에 넣어 물질을 완전히 녹입니다. 입상 물질). 그런 다음 용액을 벌집 모양의 필름(액체 잔류물 없음)이 형성될 때까지 60°C 수조에서 회전 증발을 위해 배 모양의 플라스크에 넣었습니다. Gd trichloride 6수화물(10 mg)을 정밀히 달아 pH 8.5의 탄산완충액에 녹여 맑은 용액을 얻은 다음, 상기 벌집모양의 필름과 혼합하여 50°C에서 1시간 동안 수화시켰다. 이 단계는 초음파 액체 처리기(VCX 750, Sonics, USA)에서 초음파 프로브를 통한 분산 및 정제로 이어졌습니다. 마지막으로 혼합물을 수집하고 0.22μm 필터를 통과시키고 10kD 한외여과관으로 한외여과하여 유리 Gd 삼염화물을 제거하고 Gd 삼염화물을 운반하는 리포좀을 얻은 다음 4°C에서 보관했습니다.

그 다음, RGD 고리형 펩티드를 형광성 Cy5.5 분자에 커플링시켰다. RGD 고리형 펩타이드(5mg)를 pH 5.0의 묽은 염산 완충액 1mL에 용해하고 1mg의 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카보디이미드 염산염(EDC) 및 0.5mg의 N -히드록시숙신이미드(NHS)를 첨가한 다음 일정한 온도의 발진기에서 실온에서 30분 동안 활성화했습니다. 그런 다음 활성화된 RGD 고리형 펩타이드 분자를 Cy5.5 형광 분자 및 리포솜 100μg과 혼합하고 정밀 pH 시험지를 사용하여 pH를 8.4로 측정했습니다. 그런 다음 혼합물을 4시간 동안 진탕기에서 실온에서 인큐베이션했습니다. 이 단계는 10kD 한외여과관을 사용하여 미반응 RGD 고리형 펩티드와 형광성 Cy5.5 분자를 제거하는 단계입니다.

나노 입자의 특성

나노입자의 입자크기는 TEM(GEOL Tokyo, Japan)으로 측정하였다. 소량의 리포솜-cRGD-Gd-Cy5.5 복합체를 초순수(pH =6.0)에 첨가하여 1mg/mL 용액으로 희석했습니다. 시료 한 방울을 코팅된 구리 그리드에 멸균 이송 피펫을 사용하여 놓고 몇 분 후에 2% 소듐 인텅스텐산을 한 방울씩 떨어뜨려 유지했습니다. 1~2분 후에 과도한 음성 염색 용액을 흡인했습니다. 그런 다음 구리 그리드를 건조시키고 관찰을 위해 80kV 투과 전자 현미경에 두었다. 약 40~50개의 나노입자를 무작위로 선택하여 형태 및 입자 크기를 관찰하고 50nm 및 100nm 크기의 이미지를 저장했습니다. 입자 크기는 NanoMeasure 소프트웨어를 사용하여 측정했으며 평균은 3회 반복 측정하여 계산했습니다.

입자 크기 분석기(Malvern, UK)를 사용하여 나노입자의 유체역학적 크기와 제타 전위를 측정했습니다. 리포솜-cRGD-Gd-Cy5.5 복합 용액 한 방울을 초순수로 희석한 다음 Eppendorf 튜브로 옮기고 초음파 세척기에 5분간 두어 입자를 고르게 분산시킵니다. 분산된 입자는 입자 크기와 제타 전위를 결정하기 위해 나노입자 크기 분석기에서 DLS로 평가되었습니다.

리포솜 cRGD-Gd-Cy5.5 복합체의 광학적 특성은 다기능 마이크로플레이트 리더(BioTek, USA)를 사용하여 특성화되었습니다. 리포솜 용액 및 리포솜-cRGD-Gd-Cy5.5 각각 2 마이크로리터를 998 μL의 인산완충식염수(PBS) 완충액에 첨가하고 석영 큐벳에 첨가하기 전에 잘 혼합했습니다. 그런 다음 다기능 마이크로플레이트 판독기를 통해 400–800nm에서 자외선 흡수를 얻었습니다. 리포솜-cRGD-Gd-Cy5.5 복합체(1.5mL) 용액을 Eppendorf 튜브에 옮기고 빈 리포솜 용액의 동일한 양을 바탕 대조군으로 사용했습니다. 형광 이미징은 작은 동물 형광 이미징 시스템을 사용하여 수행되었습니다.

리포솜 표면 아미노기의 변형은 FT-IR 분광기(Nicolet-5700, USA)를 이용하여 확인하였다. UV-vis 흡수 스펙트럼을 얻었다(UV 2550, Shimadzu, Japan). 0.1 mg/mL 농도의 리포솜 cRGD-Gd-Cy5.5가 측정에 사용되었습니다.

이완율 측정

cRGD-변형된 Gd-로딩된 리포솜 형광 프로브 샘플을 탈이온수로 희석하여 다음 Gd 농도를 얻었다:0.18, 0.1275, 0.085, 0.0425, 0.017mM. 희석된 각 시료 5ml를 스크류 캡이 있는 바이알에 넣은 후, 바이알을 농도 순서에 따라 다기능 튜브 랙에 고정하였다. cRGD-modified Gd-loaded liposomal 형광 프로브 샘플은 다양한 농도의 프로브에 대한 T1 강조 이미지를 얻기 위해 머리와 목 코일을 통한 MR 스캐닝을 거쳤습니다. T1 강조 이미지에 사용된 스캔 시퀀스는 MOLLI(Modified Look-Locker Inversion Recovery) 시퀀스로 매개변수가 다음과 같이 설정되었습니다. 반복 시간(TR) =5.8ms, 에코 시간(TE) =3.66ms, 반전 복구 시간(TI) =16–3200ms, 스캐닝 두께 =5 mm. 스캔이 완료된 후 유사 색상 맵을 얻었습니다. 0.3cm 2 지도의 각 샘플 이미지에 관심 영역을 표시하고 해당 T1 값을 읽습니다.

세포 배양 및 세포독성 분석

A549 인간 폐 선암종 세포, SUNE-1-5-8F 인간 비인두 암종 세포, 인간 제대 정맥 내피 세포(HUVEC) 및 MCF-10A 인간 유방 상피 세포는 American Type Culture Collection(ATCC, Manassas, VA)에서 입수했습니다. . 세포는 10% 소태아 혈청(Euroclone-Lonza), 100units/mL 페니실린, 100μg/mL 스트렙토마이신 및 2mM 글루타민을 5% CO2에서 포함하는 완전한 1640 배지(Euroclone-Lonza)에서 배양되었습니다. /서브> 37°C에서.

CCK-8 방법을 사용하여 정상 상피 세포 및 종양 세포를 포함한 다른 세포에 대한 분자 프로브의 세포 독성을 조사했습니다. A549 세포, 5-8F 세포, HUVEC 및 MCF-10A 세포를 96웰 플레이트에 5 × 10 3 의 밀도로 시딩했습니다. 세포/웰 및 밤새 배양하였다. The adherent cells were then incubated with 100 μL of fresh 1640 medium containing cRGD-Gd-Cy5.5 of various Gd concentrations (0, 50, 100, 200, and 400 μM) for 24 h. Subsequently, the cells were washed three times with PBS and then incubated with 100 μL of Dulbecco’s modified Eagle medium (DMEM) containing no fetal bovine serum (FBS). After 10% Cell Counting Kit-8 reagent (Dojindo, Japan) was added to each well, the sample was incubated for 10 h. The absorbance at 450 nm of each well was then measured using an ELISA microplate reader (Multiskan MK3, Thermo Scientific, Logan, UT). Cells treated with PBS only were employed as the control group. For each sample, five parallel wells were analyzed to obtain the mean and standard deviation.

Immunofluorescence Staining and Flow Cytometry Assay of Integrin αvβ3

A total of 20,000 A549, 5-8F, and MCF-10A cells each were seeded in confocal plates (Thermo Scientific) and cultured for approximately 24 h when the cells successfully grew on the slides. The cells were washed three times with PBS, fixed with 4% paraformaldehyde (Boster) at room temperature for 30 min, and then washed three times (10 min each) in PBS. The cells were then incubated in 3% bovine serum albumin (PBST) for 30 min to block non-specific antibody binding and washed three times with PBS. The fixed cells were incubated with anti-integrin αvβ3 monoclonal antibody (1:500; Abcam, Cambridge, UK) at 4 °C overnight and then incubated with anti-mouse fluorescent secondary antibody (1:500) (Abcam) for 1 h. 4′,6-Diamidino-2-phenylindole (DAPI; 1:1000; Sigma) was used to stain the nucleus. A laser confocal scanning microscope (Nikon A1, Tokyo, Japan) was used to detect the green fluorescence signal from integrin αvβ3 and the DAPI signal from nuclei.

The integrin αvβ3 expression levels in different cell lines were quantified using flow cytometry. In brief, three types of cells were collected:A549, SUNE-1-5-8F, and MCF-10A, which were washed in PBS containing 1% bovine serum albumin (BSA). After being sealed with the PBS containing 5% BSA, the cells were cultivated in VNR-1 antibody (Abcam, Cambridge, MA, USA) at density 2 μg/1 × 10 6 and 4 °C for 30 min. The secondary antibody was DyLight 488 goat anti-mouse IgG (H+L) (ab96879), diluted 1/500, and at 22 °C for 30 min. Quantitative assays were conducted on a flow cytometer (Gallios, Beckman Coulter, USA) at excitation wavelength 488 nm and emission wavelength 530 nm. Each time, at least 1 × 10 5 cells (n  = 3) were collected.

Binding Assay of the Molecular Probe to Integrin αvβ3

A549, SUNE-1-5-8F, and MCF-10A cells were inoculated into confocal plates. The cells were incubated at 37 °C for 1 h with the molecular probe of the same Gd concentration after the cells reached the logarithmic growth phase. The cells were then washed three times in PBS and placed under a laser confocal scanning microscope for observation.

In Vitro MR Imaging and Fluorescence Imaging of Tumor Cells

To verify the tumor cell-targeting ability of the cRGD-modified Gd-loaded liposomal fluorescent probe, the probe was incubated with A549 cells and then examined using MR imaging and a small animal fluorescence imaging system. A549 cells were seeded in six-well plates with 2 mL of 1640 medium containing 10% FBS and 1% penicillin–streptomycin in each well and then incubated at 37 °C and 5% CO2 . In the experimental groups, cRGD-Gd-Cy5.5 was incubated with A549 cells for 2 h with Gd concentrations of 0, 0.005, 0.01, 0.02, 0.04, and 0.08 mM. The cells of the control groups were incubated with the non-targeted gadolinium contrast agent (Gd-Cy5.5) for 2 h at the same Gd concentrations as the experimental groups. The cells were then washed with PBS, trypsinized, centrifuged, and finally placed in glass tubes containing 1 mL of PBS (with 0.5% agarose) for MR imaging. Specific imaging parameters were described above. A small animal live imaging system (IVIS Lumina XRMS Series III, MA, USA) was used for fluorescence imaging of the A549 cells.

In Vivo MR and Fluorescence Imaging

To validate whether CRGD-Gd-Cy5.5 had tumor targetability in vivo in animals, we conducted animal experiments following the Guide for Care and Use of Laboratory Animals, released by the Animals Ethics Committee of Laboratory Animal Center, Guangxi Medical University. We successfully established a Balb/c nude mice nasopharyngeal carcinoma subcutaneous xenografting tumor model for magnetic resonance/fluorescent scanning. A 3.0-T MRI scanner containing 40-mm-diameter mouse volume coils (Discovery 750, GE, Germany) was used for T1-weighted imaging, operated at field of view = 80 × 80 mm, repetition time = 742 ms, echo time = 69 ms, and layer thickness = 2.0 mm. The nude mice were divided into two groups (n  = 3), including a test group and a receptor-blocked group. All mice were injected via tail vein with CRGD-Gd-Cy5.5 (0.05 mmol Gd/kg). Each mouse was scanned at four time points:before injection, 30 min, 2 h, and 6 h after injection. In the receptor-blocked group, 1 h before injection with CRGD-Gd-Cy5.5, each mouse was injected via the tail vein with free CRGD polypeptide (10 mg) and was MRI-scanned at the same four time points. The fluorescent images were photographed by a fluorescence imaging system (Bruker, USA). The grouping, drug injection, and scanning time points were all the same as described above. During the imaging, the mice (n  = 3) were anesthetized using a gas mixture of oxygen and isoflurane. The nude mice were kept at heart rate 60–120/min and respiratory rate at 20–40/min. Finally, direct visual comparison of tumor images was conducted by two experienced radiologists.

약어

DLS:

동적 광산란

DMEM:

Dulbecco’s modified Eagle medium

ECM:

Extracellular matrix

EDC:

1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide hydrochloride

FBS:

Containing no fetal bovine serum

HUVECs:

Human umbilical vein endothelial cells

MOLLI:

Modified look-locker inversion

MR:

Magnetic resonance

NHS:

아니 -Hydroxysuccinimide

PEG:

폴리에틸렌 글리콜

RGD:

Arginine–glycine–aspartate

TE:

Echo time

TEM:

투과전자현미경

TI:

Inversion recovery time

TR:

Repetition time

USPIOs:

Iron oxide particles


나노물질

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