두 번째 근적외선 창은 깊은 조직 침투 능력으로 의료 영상 및 치료에 최적의 광학 창으로 간주됩니다. 장파장 흡수와 낮은 세포독성을 가진 금 나노막대를 제조하는 것은 여전히 어려운 과제입니다. 종횡비가 큰 시리즈 금 나노로드가 합성되었습니다. 1000~1300nm의 두 번째 근적외선 창에서 강력한 플라즈마 흡수가 관찰될 수 있었습니다. 합성된 금 나노로드의 생체 적합성은 BSA(bovine serum albumin) 코팅을 통해 극적으로 향상되지만 광학 특성은 그대로 유지됩니다. 유방암 종양이 있는 마우스는 0.75W/cm2의 낮은 NIR-II 광 강도로 준비된 금 나노로드로 잘 치료할 수 있습니다. 2 . 요약하면, 이러한 결과는 큰 종횡비의 굴드 나노입자를 통해 NIR-II 영역의 종양을 치료하기 위해 낮은 조명량을 사용하는 가능성을 보여줍니다.
금 나노입자는 뛰어난 생체적합성과 낮은 세포독성으로 생물의학 연구에서 많은 관심을 받고 있다. 예를 들어, X선 감쇠 효율이 높은 금 나노 입자는 컴퓨터 단층 촬영(CT) 기반 종양 진단에 유망한 것으로 밝혀졌습니다[1, 2]. 또한, 금 나노 입자는 표면 플라즈몬 공명(SPR) 효과로 알려진 우수한 광학 특성을 나타냅니다. 금 나노 입자는 표면 플라즈몬 공명 빛이 있는 상태에서 암 치료를 위해 광자 에너지를 열 에너지로 효율적으로 변환할 수 있습니다[3, 4]. 따라서 종양의 광열 절제를 위해 크기와 형태를 조절할 수 있는 다양한 금 나노 입자, 예를 들어 금 나노막대, 금 나노 쉘, 금 나노 케이지가 개발되었습니다[5,6,7]. 특히, 이방성 모양과 크기를 조절할 수 있는 금나노막대(AuNR)는 광열안정성, 생체적합성, 근적외선 영역에서의 강한 흡수 등으로 널리 연구되고 있다[8]. 근적외선은 가시광선보다 파장이 길수록 빛의 산란 손실이 낮아져 생체 조직에 더 효과적으로 침투할 수 있다는 것은 잘 알려져 있다[9]. 또한 막대 모양의 나노 입자는 종양 투과성이 크게 향상되고 혈액 순환 시간이 길어져 종양 축적이 더 많은 것으로 밝혀졌습니다 [10, 11]. 그러나 금 나노막대를 광열치료(PTT)에 적용할 때의 중대한 결점은 고출력 레이저 조사로 정상 조직에 큰 손상을 줄 수 있다는 것입니다(최대 허용 광도 노출)[12]. 두 번째 근적외선 창(NIR-II, 1000~1700nm)의 PTT는 NIR-I(700~1000nm)보다 조직 침투 깊이가 훨씬 더 크다는 것이 입증되었습니다. -II [13,14,15,16,17]. 따라서 NIR-II의 PTT 나노 플랫폼은 종양의 보다 효과적인 PTT 치료를 달성하고 보다 복잡한 종양 치료에 대한 임상 적용 가능성이 클 것으로 기대됩니다. 그러나 장파장 흡수와 낮은 세포독성을 가진 금 나노막대를 제조하는 것은 여전히 큰 과제입니다. 여기에서 우리는 근적외선 창(1000–1300 nm)의 두 번째 창에서 흡수 피크를 갖는 종자 없는 방법에 의한 금 나노막대 합성을 보고합니다. 세포 독성을 줄이기 위해 BSA 코팅을 통해 표면 개질을 도입했습니다. 제작된 금나노막대(AuNR@BSA)의 종횡비는 투과전자현미경(TEM)과 동적광산란(DLS)으로 특성화하였다. 유방암 종양이 있는 마우스 모델을 사용하여 AuNR@BSA의 광열 치료 효과를 테스트했습니다. 우리는 종양이 0.75w/cm 2 의 낮은 광도에서도 잘 치료될 수 있음을 발견했습니다. .
염화금 삼수화물(HAuCl4 ·3H2 O)(99.9%), 헥사데실 트리메틸 암모늄 브로마이드(CTAB)(99%), 질산(GR, 65–68%) 및 과산화수소 용액(GR, 30%)은 Shanghai Aladdin biotechnology Co. Ltd에서 받았습니다. . 수소화붕소나트륨(NaBH4 )(97%) 및 질산은(AgNO3 )(99.8%)는 Shanghai Lingfeng Chemical Reagent Co. Ltd.로부터 입수했습니다. 염산(HCl)(38%)은 Dongguan Dongjiang Chemical Reagent Co. Ltd.로부터 입수했습니다. 히드로퀴논(99%)은 Energy Chemical로부터 입수했습니다. 소 혈청 알부민(98%)은 Sigma-Aldrich에서 구입했습니다. 수산화나트륨(AR,96%)은 Greagent에서 받았습니다.
RPMI 1640 배지 및 Penicillin-Streptomycin은 HyClone에서 구입했습니다. 인산염 완충 용액(PBS)은 Corning에서 구입했습니다. 판크레아틴은 Coolaber에서 구입했습니다. 태아 소 혈청(FBS)은 Gibco에서 구입했습니다. 4T1 세포는 중국 과학 아카데미의 Shenzhen Institute of Advanced Technology의 Biomedical Optics and Molecular Imaging 연구 센터에서 제공했습니다. Dojindo Chemical Technology(Shanghai) Co., Ltd는 세포 증식 및 독성 시험용 Cell Counting Kit-8(CCK-8)을 공급했습니다. 실험 내내 Millipore 초순수를 사용했습니다.
금 나노로드의 합성은 다음과 같이 수행됩니다. 0.4mL의 HAuCl4 (aq)(10mM) 및 10mL의 CTAB(aq)(0.1M)를 23–33µL의 AgNO3에 추가했습니다. (수용성) (100mM). 그런 다음 10-30µL의 HCl(1.2M)과 525µL의 수성 하이드로퀴논(0.1M)을 부드럽게 혼합하면서 성장 용액에 첨가했습니다. 성장 용액의 색상은 주황색에서 매우 밝은 노란색으로 변했습니다. 15분의 교반 후, 10–40 µL의 신선하게 준비된 얼음처럼 차가운 NaBH4 (aq) (10mM) 용액을 성장 용액에 주입했습니다. 혼합물을 30초 동안 교반하고 실온에서 18시간 동안 숙성시켰다. 그런 다음 AuNR@CTAB를 PBS로 두 번 세척했습니다.
먼저 일정량의 CTAB를 추가하여 AuNR@CTAB 용액의 농도를 1mM으로 조정한 다음 초음파로 CTAB를 완전히 용해시킵니다. 3mL AuNR@CTAB를 3mL BSA 용액(10mg/mL)에 천천히 첨가하고 혼합 용액을 30분 동안 초음파 처리합니다. 9500×r에서 40분간 원심분리한 후 상층액을 6mL BSA 용액(5mg/mL)으로 교체한 다음 수산화나트륨(2M)으로 pH를 11~12로 조정하고 최소 18시간 동안 교반 시간. 그 후, 합성된 AuNR@BSA를 9500xr에서 40분 동안 원심분리한 다음 PBS로 두 번 세척하고 PBS에 용해하여 추가 사용했습니다.
TEM 이미지를 얻기 위해 Talos F200X 전자 현미경을 통해 Beijing Zhongke Baice Co., Ltd.에서 금 나노로드의 형태 분석을 얻었습니다. Zetasizer Nano ZS(Malvern, UK)는 DLS에 의한 다양한 나노입자의 크기 분포와 제타 전위를 연구하는 데 사용되었습니다. UV-Vis 흡수 스펙트럼은 UV-2700 Ultraviolet-Visible Spectrophotometer(SHIMADZU, Japan)로 측정되었습니다.
종양 내부 AuNR@BSA의 형태 특성 규명을 위해 AuNR@BSA(OD =25 at 1064nm)를 종양 부위에 약 10분 동안 조사한 후 처리된 종양을 수집했습니다. 처리되지 않은 종양을 대조군으로 수집하였다. 수집된 종양을 투과전자현미경(Beijing Zhongke Baice Co., Ltd)을 위해 2.5% 글루타르알데히드 용액(Coolaber.co., Beijing, China)에서 배양하였다. AuNR 샘플의 푸리에 변환 적외선 분광법(FT-IR) 패턴 및 X선 회절(XRD) 패턴은 Beijing Zhongke Baice Co., Ltd.에서 얻었습니다.
금 나노로드 용액을 1064 nm(0.5, 1, 1.5, 2)에서 다른 OD로 희석하고 PBS를 블랭크 대조군으로 사용했습니다. 금 나노로드(500µL)에 0.35–1 W/cm 2 출력 강도에서 1064nm 레이저(Haoliangtech, Shanghai, China)를 조사했습니다. 30분 동안 온도는 적외선 열화상 카메라(FLUKE TI25)로 기록되었습니다.
광안정성을 테스트하기 위해 AuNR@BSA의 흡수 스펙트럼을 조사 시간의 함수로 측정했습니다. AuNR@BSA(OD =1)는 NIR 레이저(1064nm, 0.5w/cm 2 ). 0분부터 10분까지 스펙트럼이 1분마다 기록되었습니다. 광열 주기 테스트는 AuNR@BSA 용액(0.5mL)을 10분 간격으로 레이저 조사(1064nm, 0.5W/cm 2 )로 조사하여 수행했습니다. ), 그리고 온도 변화를 기록했습니다.
뮤린 유방암 세포주(4T1 세포)를 10% FBS 및 100U/mL 페니실린 또는 100μg/mL 스트렙토마이신을 함유하는 RPMI 1640에서 배양했습니다. 배양 환경은 37°C, 가습 조건은 5% CO2입니다. .
CCK-8 분석은 금 나노막대의 세포독성을 확인하는 데 사용되었습니다. 4T1 세포를 96웰 플레이트에 미리 시딩했습니다(5 × 10 3 웰당) 24시간 동안 배양합니다. 그 후 다양한 농도의 AuNR@CTAB 및 AuNR@BSA 10μL를 추가하고 24시간 동안 배양했습니다. PBS로 두 번 세척한 후 각 웰에 10μl CCK-8 용액을 첨가하고 40분 동안 배양한 후 마이크로플레이트 리더로 450nm에서 흡광도를 측정했습니다.
광독성을 위해 4T1 세포를 96웰 플레이트(5 × 10 3 웰당)하고 24시간 동안 배양한 다음 세포에 NIR 레이저(1064nm, 0.75W/cm 2 )를 조사했습니다. , 10분) 및 24시간 동안 추가 배양합니다. 그 후, 10μL CCK-8 용액을 각 웰에 첨가하고 37°C에서 추가로 40분 동안 인큐베이션했습니다. 그런 다음 마이크로플레이트 리더를 사용하여 450nm에서 각 웰의 흡광도를 감지했습니다.
모든 BALB/c 마우스는 Beijing Vital River Laboratory Animal Technology Co. Ltd.에서 구입했습니다. 모든 동물 실험 절차는 중국 과학원의 Shenzhen Institute of Advanced Technology Committee에서 승인한 표준 절차에 따라 수행되었습니다. 종양 모델은 4T1 세포(2 × 10 6 ) 쥐의 뒤쪽에. 종양 부피가 약 100mm 3 에 도달했을 때 동물 연구를 수행했습니다. .
순환 시간 측정을 위해 먼저 BALB/c 마우스의 꼬리 정맥에 AuNR@BSA 200μL를 정맥 주사한 후 0.25, 2, 4, 6, 8, 12, 36, 48시간, 30μL PBS로 희석하여 50μL 혈액 샘플을 얻습니다. 약 400μL 농축 HNO3 (크로마토그래피 등급)을 첨가하고 뚜껑을 조이고 90°C에서 2시간 동안 분해했습니다. 실온으로 냉각한 후 150μL H2 O2 (크로마토그래피 등급)을 천천히 떨어뜨린 다음 덮개 없이 1시간 동안 90°C로 가열했습니다. 결국 초순수로 용액을 5mL로 희석했다. Au 이온의 농도는 0.44mm 나일론 주사기 필터를 통과한 후 ICP-OES(Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy)로 측정했습니다.
생체 분포 측정을 위해 약 200μL의 AuNR@BSA를 BALB/c 마우스의 꼬리 정맥에 정맥 주사했습니다. 24시간 후 마우스를 죽이고 심장, 간, 비장, 폐 및 신장을 채취하여 80°C의 오븐에서 건조했습니다. 소화 전에 각 장기의 무게를 측정하고 800μL 농축 HNO3 (GR)을 첨가하고 2시간 동안 90°C로 가열했습니다. 실온으로 냉각 후, 200 μL H2 O2 (GR)을 천천히 적가하고 90℃에서 1시간 가열한 후 초순수로 10mL로 희석하였다. 마지막으로 0.44mm 나일론 주사기 필터를 통과한 후 ICP-OES로 Au 이온의 농도를 측정했습니다.
AuNR@BSA의 온열 치료 효과를 평가하기 위해 4T1 종양이 있는 종양 보유 마우스를 종양 부피가 약 100mm 3 인 4개 그룹으로 무작위로 나누었습니다. :(1) AuNR@BSA, (2) AuNR@BSA + 레이저; (3) 레이저만 (4) 블랭크 제어. 적외선 열화상 카메라를 사용하여 종양 부위의 적외선 열화상을 기록했습니다. 마우스의 종양 부피 및 체중을 각각 처리 전 및 후에 기록하였다. 종양 부피는 정규식(volume =width 2 )에 따라 계산할 수 있습니다. × 길이/2). 2주 후, 쥐를 죽이고 종양을 분리했습니다.
데이터 분석에는 SPSS 16.0 통계 소프트웨어를 사용했습니다. 측정 데이터는 평균 ± d로 표현하였고, 집단간 비교는 분산분석으로, 카운트 데이터의 비교는 카이제곱 검정으로 하였다. 피 <0.05는 통계적으로 유의한 것으로 간주되었습니다.
금 나노로드가 작을수록 약동학이 더 우수하고 세포 독성이 더 낮다는 것이 밝혀졌습니다[18]. 그러나 금 나노로드의 SPR 흡수 피크는 종횡비와 밀접한 관련이 있으며 종횡비가 클수록 SPR 피크의 에너지는 낮아진다. 그 동안 AuNR을 큰 종횡비로 합성하기 위해 크기를 최대한 작게 유지하기 위해 계면활성제 농도, 성장 용액의 pH, 환원제 농도와 같은 합성 매개변수를 최적화했습니다. NaBH4 (aq)는 LaMer 버스트 핵형성을 통해 Au 핵을 형성한 후 Au 이온의 빠른 무작위 부착 및 입자 내 성숙을 통해 Au 핵을 형성하는 일종의 강력한 환원제입니다[19]. NaBH4의 몰량으로 증가함에 따라 금 나노로드의 최대 흡수 피크는 1223nm에서 865nm로 청색 이동을 겪습니다(그림 1C). 성장 용액의 pH는 염산의 양을 통해 조절되는 금 나노로드의 성장을 제어하는 핵심 매개변수이기도 합니다[20]. 금 나노로드의 최대 흡수 피크는 염산의 양이 증가하면서 871 nm에서 1070 nm로 점차적으로 적색 편이되는 것으로 나타났습니다(그림 1D). 또한 Ag + 금 나노로드의 성장 방향을 제어할 수 있는 것으로 간주되며, Ag + 농도 SPR 피크의 더 긴 흡수 파장을 실현할 수 있었습니다(그림 1E). 결국 합성된 금 나노로드는 그림 1B와 같이 포도주색을 띤다. 따라서 금 나노막대의 합성 효율과 레이저 광원의 가용성을 고려하여 종양의 광열 치료를 위해 최대 흡수 피크가 1064nm인 금 나노막대를 선택했습니다.
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다른 합성 조건에서 AuNR@CTAB의 광특성. 아 AuNR@CTAB의 준비. ㄴ CTAB 코팅된 금 나노로드(AuNR@CTAB)의 이미지, c 다양한 NaBH4를 사용하여 준비된 AuNR@CTAB의 UV-vis 스펙트럼 농도, d 다양한 HCl 농도로 준비된 AuNR@CTAB의 UV-vis 스펙트럼 e 다양한 AgNO3를 사용하여 준비된 AuNR@CTAB의 UV-vis 스펙트럼 집중
CTAB(Cetyltrimethylammonium bromide)는 정확한 길이와 종횡비를 가진 금 나노로드 합성에 가장 널리 사용되는 화합물입니다. 그러나 CTAB는 농도가 1-10μM보다 높을 때 상당한 세포 독성을 나타냅니다. CTAB 코팅된 금 나노막대(AuNR@CTAB)를 생물의학에 적용하는 것은 매우 제한적이었습니다[21]. 또한 수용액에서 CTAB 코팅된 금 나노로드의 콜로이드 안정성은 낮은 온도에서 쉽게 결정화되는 온도에 의해 크게 영향을 받습니다[22]. CTAB의 세포독성을 감소시키고 안정성을 향상시키는 것을 감안할 때 금 나노로드 합성 과정에서 CTAB를 대체하거나 CTAB 코팅된 금 나노로드를 기능화하기 위한 여러 접근 방식이 제안되었습니다. 폴리머, 펩타이드, 계면 활성제 및 지질을 사용하여 나노 입자 표면을 수정하는 이러한 전략의 대부분은 thiolated 분자 또는 정전기 상호 작용력을 사용하여 금 표면에 결합합니다[23]. 단백질은 콜로이드 안정성, 생체 적합성 및 추가 기능화의 장점으로 가장 유망한 옵션입니다. [26]
CTAB 및 BSA로 감싼 금 나노막대는 그림 2A에 나와 있습니다. AuNR@BSA의 최대 흡수 피크는 약 1064nm이며, 이는 AuNR@CTAB의 것과 비교하여 약 30nm의 적색 편이입니다(그림 2B). 금 나노로드의 제타 전위는 CTAB 코팅을 BSA로 교체함으로써 양수에서 음수로 변경되었습니다(추가 파일 1:그림 S1). AuNR@BSA 및 AuNR@CTAB의 FTIR 스펙트럼(추가 파일 1:그림 S2)에서 1649cm −1 및 1539cm −1 AuNR@BSA의 경우, 이는 BSA의 아미드 I 및 아미드 II 진동대에 기인합니다. AuNR@CTAB 및 AuNR@BSA의 유체역학적 크기를 분석하기 위해 동적 광산란(DLS)도 적용되었습니다. 또한 AuNR@BSA 및 AuNR@CTAB의 형태는 그림 2C, D에 표시된 대로 투과 전자 현미경(TEM)으로 특성화되었습니다. DLS의 산란 강도 측정에서 두 개의 피크가 명확하게 발견되었으며, 하나는 유체역학적 크기가 약 3.10입니다( AuNR@CTAB의 경우 ± 0.85) nm이고 다른 약 57.45(± 24.22) nm입니다. 그러나 AuNR@BSA의 경우 피크가 8.64(± 3.80) nm 및 89.24(± 42.24) nm로 이동합니다. AuNR의 모양은 끝이 약간 둥글다는 점을 제외하고는 BSA로 코팅한 후에도 유사하게 유지된다는 것을 알 수 있었습니다(그림 2C, D). 생체 내 치료 응용 분야의 경우 나노 입자의 임계 크기는 100nm 미만으로 제한됩니다[25]. 이 크기를 넘어서면 종양을 관통하는 나노입자의 능력이 제한될 것입니다. 따라서 제시된 금 나노로드는 이상적인 종양 치료 후보가 될 것입니다[24]. 추가 파일 1:그림 S3에서 볼 수 있듯이 Au 나노입자의 (111), (200), (220) 및 (311) 평면에서 XRD 패턴에서 Au의 특성 피크를 명확하게 관찰할 수 있습니다.
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AuNR@BSA 및 AuNR@CTAB의 특성화. 아 AuNR@BSA의 준비. ㄴ AuNR@CTAB(L) 및 AuNR@BSA(R)의 UV-Vis 스펙트럼. ㄷ AuNR@CTAB 및 AuNR@BSA의 DLS 강도 측정. d AuNR@CTAB 및 AuNR@BSA의 TEM 이미지
가장 경제적인 NIR-II 광원인 1064nm 다이오드 레이저는 광열 치료에 최적의 파장으로 간주됩니다. 따라서 효율적인 광열 치료를 위한 이상적인 NIR-II 금 나노 플랫폼은 1064nm에서 강한 SPR 흡수, 높은 광열 효율 및 우수한 광열 안정성을 특징으로 하는 것으로 간주됩니다. 준비된 AuNR@BSA의 광열 효과를 조사하기 위해 PBS와 AuNR@BSA의 서로 다른 OD(=0.5, 1, 1.5, 2)를 1064nm에서 0.35~1W/cm 2 30분 동안 온도 이미저를 사용하여 그림 3A와 같이 5분마다 온도 변화를 기록했습니다. 동일한 흡광도(OD =1)를 갖는 AuNR@BSA 및 AuNR@CTAB의 광열 효과는 PBS의 광열 효과보다 상당히 높다. 그림 3A와 같이 처음 5분 동안 온도가 급격히 상승한 다음 나머지 시간 동안 약 80°C를 유지했음을 알 수 있습니다. PBS의 광열 유도 온도 증가는 주로 1064nm에서 물의 배음 흡수로 인해 발생합니다. 광도의 함수로서의 최대 온도는 그림 3B에 나와 있습니다. AuNR@CTAB와 AuNR@BSA의 흡광도 약 1에서 광유도 열온도는 광도에 비례함을 알 수 있었다. AuNR@CTAB 및 AuNR@BSA의 온도 상승은 레이저 강도가 높아짐에 따라 PBS보다 훨씬 빠릅니다. 또한 그림 3C는 동일한 조사 조건(1064nm, 0.75W/cm 2 ), 최대 광열 온도는 두 AuNR의 흡광도가 증가함에 따라 극적으로 증가합니다. BSA 코팅된 AuNR의 광열 특성은 CTAB 코팅된 것보다 약간 더 우수합니다. AuNR@BSA의 최대 광열 온도(OD =1, 61.1 °C)는 3번의 조사 주기(0.5 W/cm 2 ) 내에서 큰 변화가 없습니다. , 10분), 준비된 AuNR@BSA의 우수한 광열 안정성을 나타냅니다(그림 3D). 그림 3E는 10분 동안 레이저 조사를 받은 AuNR@CTAB(OD =1), AuNR@BSA(OD =1) 및 PBS의 광열 온도 이미지를 보여줍니다. PBS의 최대 온도는 44.5°C인 반면 AuNR의 최대 온도는 85.5°C입니다. 이상의 결과는 합성된 AuNR@BSA가 우수한 광열치료제로서 NIR-II 범위에서 적절한 흡수특성, 광열변환효율 및 광안정성을 가지고 있음을 보여주었다.
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AuNR@BSA의 광열 효과에 대한 시험관 내 평가. 아 레이저 조사 시간에 따른 AuNR@BSA 및 AuNR@CTAB의 광열 온도(SPR 흡광도 약 1, 1064nm, 1W/cm 2 ). ㄴ PBS, AuNR@CTAB(OD =1) 및 AuNR@BSA(OD =1)의 NIR 트리거 온도 증가는 레이저 조사 강도(1064nm, 0.35~1W/cm 2 ). ㄷ 10분 레이저 조사(1064nm, 1W/cm 2 )에 대해 흡광도가 다른 AuNR@BSA 및 AuNR@CTAB의 NIR 트리거 온도 증가 ). d 3회의 조사(1064nm, 0.5W/cm 2 )에서 AuNR@BSA(OD =1)의 광열 변환 ). 이 PBS, AuNR@CTAB(OD =1), AuNR@BSA(OD =1) NIR 레이저(1064 nm, 1 W/cm 2 조사)의 열화상 ) 5분과 10분의 시간 간격으로 (평균 ± SD, n =3)
CCK-8 분석은 다른 농도에서 4T1 세포에 대한 AuNR@CTAB 및 AuNR@BSA의 세포독성을 정량화하기 위해 수행되었습니다. 레이저 조사 없이도 AuNR@CTAB는 이미 매우 낮은 농도(약 0.05의 흡광도)에서 상당한 세포독성을 나타내므로 생물학적 적용이 크게 제한됩니다. 그러나 AuNR@BSA는 우수한 생물학적 응용 가능성을 보여줍니다. 예를 들어 AuNR@BSA 흡광도가 약 1에 도달함에 따라 세포 생존율은 여전히 허용 가능한 범위에 있습니다(그림 4A). AuNR@BSA의 유망한 안정성과 높은 광열 변환 효율에 힘입어 광열 독성은 약 0.75W/cm 2 빛의 강도로 시험관 내에서 4T1 종양 세포에 수행되었습니다. 10분 동안 약 20%의 세포 생존율과 함께 약 1의 흡광도에서 상당한 광열 독성이 발견되었습니다. 그러나 비방사선 실험에서 약 100% 세포 생존이 발견되었습니다(그림 4B, 추가 파일 1:그림 S4). 이러한 시험관 내 결과는 NIR-II 영역에서 AuNR@BSA 광열 처리가 비교적 방사선 강도에서 암세포를 효과적으로 죽일 수 있음을 나타냅니다.
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금 나노로드의 시험관 내 세포 독성 및 광열 독성. 아 다양한 농도의 AuNR@CTAB 및 AuNR@BSA와 함께 배양된 4T1 세포의 세포 생존율. ㄴ NIR 레이저 조사(1064 nm, 0.75 W/cm 2 )가 있거나 없는 다양한 농도의 AuNR@BSA와 함께 배양된 4T1 세포의 세포 생존율 , 10 분). (평균 ± SD, n =3)
나노입자 기반 약물의 성공적인 전달을 위해서는 혈액 순환 시간이 필수적이다[24]. AuNR@BSA의 혈액 순환 시간은 ICP-OES를 통해 Au 농도로 모니터링되었으며 약 1.5시간(반감기)인 것으로 나타났습니다(그림 5A). AuNR@BSA의 생체 내 생체 분포는 다른 기관의 Au 농도로도 측정되었습니다(추가 파일 1:그림 S5). 그림 5B와 같이 AuNR@BSA는 RES(reticuloendothelial system)의 기관으로 강력한 식균 작용으로 인해 24시간 정맥 주사 후 간과 비장에 많이 축적되었다[27, 28]. 이러한 결과는 AuNR@BSA가 간과 비장에 효과적으로 축적될 수 있음을 보여줍니다. AuNR@BSA는 간 및 비장 관련 질병에 잠재적으로 적용할 수 있습니다.
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혈액 및 장기에서 AuNR@BSA의 생체 분포. 아 AuNR@BSA의 정맥 주사를 통한 시간의 함수로서의 혈액 내 Au 농도. ㄴ 다양한 기관에서 AuNR@BSA의 생체 분포
AuNR@BSA의 우수한 광열 성능은 종양이 있는 BALB/c 마우스에 대한 생체 내 광열 요법을 추구하도록 권장합니다. AuNR@BSA를 종양에 in situ 주입하고 10분 후 광열 요법을 위해 빛을 도입했습니다(1064nm, 0.75W/cm 2 ). 생체 내 온도 변화는 열 온도 이미저에 의해 모니터링되었습니다. 처리 전후의 온도 변화는 그림 6D에 나와 있습니다. 종양 부위의 온도는 조사 10분 이내에 약 63.9°C였으며 이 온도에서 거의 변동을 유지하지 않았습니다(그림 6D). 대조적으로, 동일한 조사 조건(AuNR@BSA 그룹, PBS 그룹, 레이저 그룹)에서 대조군에 대해 관찰 가능한 온도 변화가 없습니다. 광열 요법 후 14일 동안 2일마다 마우스의 종양 부피와 체중을 모니터링했습니다. 그림 6A, B에 나타난 바와 같이 AuNR@BSA_laser 그룹의 종양은 원래 종양 부위에 완전히 억제되어 화상 딱지로 남아있는 반면, 대조군의 종양은 비교적 빠르게 성장하여 통제 불능 상태였습니다(AuNR@BSA 그룹, PBS 그룹, 레이저 그룹). 딱지는 화상을 입은 피부로, PPT 과정이 AuNR@BSA를 주입하여 종양 부위에 과도한 국부 열을 유발할 수 있음을 직접적으로 증명합니다. AuNR@BSA + 레이저 그룹의 고형 종양이 치료 2일 후에 급격히 감소하는 것을 관찰했기 때문에 광열 효과는 매우 효율적입니다. 치료 후 종양 변화를 추가로 포착하기 위해 14일 관찰이 끝날 때 마우스를 죽이고 종양을 분리했습니다. 도 6C에 도시된 바와 같이, AuNR@BSA_laser 처리군의 종양 크기는 완전히 억제된 반면, 다른 모든 군은 제어되지 않은 성장을 발견하였다. 그룹(AuNR@BSA + 레이저)의 마우스 이미지는 종양이 14일 치료 후에도 계속 성장하지 않는 것으로 나타났습니다(그림 6E). 따라서 이상적인 치료 능력과 명백한 세포 독성이 없다는 점을 고려할 때 근적외선 두 번째 창 레이저 조사 요법을 위한 AuNR@BSA는 생체 내 광 유발 PTT에 이상적인 후보입니다. 이것은 현재의 NR-II 요법을 사용한 단순 온열 요법이 종양 성장을 효과적으로 억제할 수 있음을 분명히 보여줍니다(추가 파일 1).
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종양 보유 쥐의 광열 치료. 아 다른 치료 조건에서 시간의 함수로서의 종양 부피. ㄴ 치료 후 시간에 따른 종양이 있는 마우스의 체중 변화. ㄷ 14일 치료 후 다른 그룹의 종양 조직 사진. d 1064nm 레이저(0.75W/cm 2 )에 노출된 종양이 있는 쥐의 적외선 열화상 이미지 , 10분) AuNR@BSA의 종양 내 주사 10분 후. 이 치료 후 AuNR@BSA_laser 그룹의 마우스 이미지. (평균 ± SD, n =2)
또한 광열 치료 후 분리된 종양과 치료하지 않은 종양에 대해 TEM을 촬영하였다. AuNR은 광열 처리 후 종양 조직에서 관찰될 수 있었습니다. 이는 금 나노로드가 종양 조직 환경에서 여전히 우수한 광안정성을 갖는다는 추가 증거를 제공했습니다(그림 7).
<그림>
종양 조직에서 AuNR@BSA의 투과 전자 현미경 사진 a 치료된 종양. ㄴ 치료되지 않은 종양
여기에서 우리는 광열 치료를 위한 두 번째 근적외선 창에서 SPR 흡수가 최대인 AuNR@BSA를 뛰어난 광열 특성과 생체 적합성으로 합성했습니다. 보고된 AuNR의 생체적합성은 소혈청알부민으로 코팅함으로써 크게 개선되었으며 광열적 특성에는 영향을 미치지 않았다. The biodistribution of the intravenously injected AuNR@BSA indicates that large amounts of AuNR accumulated in the liver and spleen. The TEM image of AuNR@BSA inside tumor reveals that the high in vivo photostability of the AuNR and suggests that once upon injection, several phototreatment might be applied to reach the desired therapy outcomes. The excellent photothermal conversion of the reported AuNR was able to sufficiently inhibit tumor growth even under low light irradiation. The PTT of AuNR@BSA combined with other treatment strategies, such as immunotherapy and chemotherapy, would be promising for developing a useful tool for personalized, safe, and effective tumor treatment.
The data set used and/or analyzed in this study can be obtained from the corresponding author upon reasonable request. All data generated or analyzed during this study is included in this published article.
나노물질
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