Золотые наностержни с покрытием BSA для фототермической терапии NIR-II

Введение

Наночастицы золота привлекают широкий интерес в биомедицинских исследованиях из-за блестящей биосовместимости и низкой цитотоксичности. Например, золотые наночастицы с высокой эффективностью ослабления рентгеновского излучения оказались многообещающими для диагностики опухолей с помощью компьютерной томографии (КТ) [1, 2]. Кроме того, наночастицы золота демонстрируют превосходные оптические свойства, известные как эффект поверхностного плазмонного резонанса (SPR). Наночастицы золота могут эффективно преобразовывать энергию фотонов в тепловую энергию для лечения рака в присутствии света поверхностного плазмонного резонанса [3, 4]. Поэтому для фототермической абляции опухолей были разработаны различные золотые наночастицы с регулируемым размером и морфологией, например золотые наностержни, золотые нанооболочки и золотые наноклетки [5,6,7]. В частности, золотые наностержни (AuNR) с регулируемой анизотропной формой и размером широко изучаются благодаря их превосходной фототермической стабильности, биосовместимости и сильному поглощению в ближней инфракрасной области [8]. Хорошо известно, что ближний инфракрасный свет может проникать в биологические ткани более эффективно, чем видимый свет, поскольку чем больше длина волны света, тем меньше потери на рассеяние света [9]. Кроме того, было обнаружено, что палочковидные наночастицы значительно увеличивают проницаемость опухоли и увеличивают время циркуляции крови, что приводит к большему скоплению опухоли [10, 11]. Однако существенным недостатком применения золотых наностержней для фототермической терапии (ФТТ) является мощное лазерное облучение, которое может вызвать сильное повреждение нормальной ткани (воздействие максимально допустимой интенсивности света) [12]. Было доказано, что PTT во втором окне ближнего инфракрасного диапазона (NIR-II, 1000–1700 нм) имеет гораздо большую глубину проникновения в ткань, чем в NIR-I (700–1000 нм), поскольку гораздо более низкое рассеяние света в NIR -II [13,14,15,16,17]. Следовательно, ожидается, что наноплатформа PTT в NIR-II обеспечит более эффективное лечение опухоли посредством PTT и будет иметь большой потенциал клинического применения для более сложной терапии опухолей. Однако получение золотых наностержней с длинноволновым поглощением и низкой цитотоксичностью по-прежнему остается большой проблемой. Здесь мы сообщаем о синтезе золотых наностержней бессмысленным методом с пиками поглощения во втором окне ближнего инфракрасного диапазона (1000–1300 нм). Модификация поверхности была введена путем покрытия BSA для снижения цитотоксичности. Соотношение сторон полученных золотых наностержней (AuNR @ BSA) было охарактеризовано с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ) и динамического рассеяния света (ДРС). Модель мыши с опухолью молочной железы была использована для тестирования фототермического терапевтического эффекта AuNR @ BSA. Мы обнаружили, что опухоль хорошо лечится с помощью света мощностью всего 0,75 Вт / см ² . .

Материалы и методы

Материалы

Тригидрат хлорида золота (HAuCl ₄ · 3H ₂ O) (99,9%), гексадецилтриметиламмонийбромид (CTAB) (99%), азотная кислота (GR, 65–68%) и раствор перекиси водорода (GR, 30%) были получены от Shanghai Aladdin Biological Technology Co. . Боргидрид натрия (NaBH ₄ ) (97%) и нитрата серебра (AgNO ₃ ) (99,8%) были получены от Shanghai Lingfeng Chemical Reagent Co. Ltd. Соляная кислота (HCl) (38%) была получена от Dongguan Dongjiang Chemical Reagent Co. Ltd. Гидрохинон (99%) был получен от Energy Chemical. Альбумин бычьей сыворотки (98%) был получен от Sigma-Aldrich. Гидроксид натрия (AR, 96%) был получен от Greagent.

Среда RPMI 1640 и пенициллин-стрептомицин были приобретены у HyClone. Раствор с фосфатным буфером (PBS) был приобретен у Corning. Панкреатин был приобретен в Coolaber. Фетальная бычья сыворотка (FBS) была приобретена у Gibco. Клетки 4T1 были предоставлены Исследовательским центром биомедицинской оптики и молекулярной визуализации Шэньчжэньского института передовых технологий Китайской академии наук. Компания Dojindo Chemical Technology (Shanghai) Co., Ltd предоставила набор для подсчета клеток-8 (CCK-8) для тестирования пролиферации и токсичности клеток. На протяжении всего эксперимента использовалась сверхчистая вода Millipore.

Приготовление наночастиц AuNR @ CTAB

Синтез золотых наностержней проводится следующим образом:0,4 мл HAuCl ₄ (водн.) (10 мМ) и 10 мл ЦТАБ (водн.) (0,1 М) добавляли к 23–33 мкл AgNO ₃ (водн.) (100 мМ). Затем к ростовому раствору добавляли 10–30 мкл HCl (1,2 М) и 525 мкл водного раствора гидрохинона (0,1 М) при осторожном перемешивании. Цвет ростового раствора изменился с оранжевого на очень светло-желтый. После 15 минут перемешивания 10-40 мкл свежеприготовленного ледяного NaBH ₄ (водн.) (10 мМ) раствор вводили в ростовой раствор. Смесь перемешивали 30 с и выдерживали 18 ч при комнатной температуре. Затем AuNR @ CTAB дважды промывали PBS.

Подготовка AuNR @ BSA

Сначала мы добавляем определенное количество CTAB, чтобы довести его концентрацию в растворе AuNR @ CTAB до 1 мМ, а затем ультразвук полностью растворяет CTAB. 3 мл AuNR @ CTAB медленно добавляют к 3 мл раствора BSA (10 мг / мл), и смешанный раствор обрабатывают ультразвуком в течение 30 мин. После центрифугирования при 9500 × r в течение 40 мин супернатант заменяли 6 мл раствора BSA (5 мг / мл), а затем pH доводили до 11–12 с помощью гидроксида натрия (2 M), перемешивая не менее 18 час После этого синтезированный AuNR @ BSA центрифугировали при 9500 × r в течение 40 мин, затем дважды промывали PBS и растворяли в PBS для дальнейшего использования.

Характеристики наночастиц AuNR @ CTAB и AuNR @ BSA

Морфологический анализ золотых наностержней был проведен компанией Beijing Zhongke Baice Co., Ltd. с помощью электронного микроскопа Talos F200X для получения изображений ПЭМ. Zetasizer Nano ZS (Малверн, Великобритания) использовался для изучения распределения по размерам и дзета-потенциала различных наночастиц с помощью DLS. Спектр поглощения UV – Vis определяли на спектрофотометре UV-2700 Ultraviolet – Visible (SHIMADZU, Япония).

Для характеристики морфологии AuNR @ BSA внутри опухоли 100 мкл AuNR @ BSA (OD =25 при 1064 нм) инъецировали в участки опухоли с облучением около 10 минут, после чего обработанные опухоли собирали. Необработанные опухоли собирали в качестве контроля. Собранные опухоли инкубировали в 2,5% растворе глутаральдегида (Coolaber.co., Пекин, Китай) для просвечивающей электронной микроскопии (Beijing Zhongke Baice Co., Ltd). Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FT-IR) и картины дифракции рентгеновских лучей (XRD) образцов AuNR были получены компанией Beijing Zhongke Baice Co., Ltd.

Измерение фототермических характеристик AuNR @ CTAB и AuNR @ BSA

Раствор золотых наностержней разбавляли до различной OD при 1064 нм (0,5, 1, 1,5 и 2), и PBS использовали в качестве холостого контроля. Золотые наностержни (500 мкл) облучали лазером с длиной волны 1064 нм (Haoliangtech, Шанхай, Китай) при интенсивности мощности 0,35–1 Вт / см ² . на 30 мин. Температура регистрировалась инфракрасным тепловизором (FLUKE TI25).

Фотостабильность AuNR @ BSA

Для проверки фотостабильности спектры поглощения AuNR @ BSA были измерены в зависимости от времени облучения. AuNR @ BSA (OD =1) облучали лазером NIR (1064 нм, 0,5 Вт / см ² ). От 0 до 10 мин спектр регистрировался каждую минуту. Тест фототермического цикла также проводился при облучении раствора AuNR @ BSA (0,5 мл) с включением и выключением лазерного излучения каждые 10 мин (1064 нм, 0,5 Вт / см ² ), и было записано изменение температуры.

Клеточная культура

Клеточную линию рака молочной железы мышей (клетки 4T1) культивировали в среде RPMI 1640, содержащей 10% FBS и 100 ед / мл пенициллина или 100 мкг / мл стрептомицина. Температура окружающей среды для культивирования составляет 37 ° C, а условия увлажнения - 5% CO ₂ . .

In Vitro Оценка цитотоксичности наночастиц золота

Анализ CCK-8 был использован для определения цитотоксичности золотых наностержней. Клетки 4T1 предварительно высевали в 96-луночные планшеты (5 × 10 ³ на лунку) и инкубировали в течение 24 часов. Затем добавляли 10 мкл различных концентраций AuNR @ CTAB и AuNR @ BSA и инкубировали еще 24 часа. После двукратной промывки PBS в каждую лунку добавляли 10 мкл раствора CCK-8 и инкубировали в течение 40 минут с последующим измерением оптической плотности при 450 нм с помощью считывающего устройства для микропланшетов.

Для фототоксичности клетки 4T1 предварительно высевали в 96-луночный планшет (5 × 10 ³ на лунку) и инкубировали в течение 24 ч, затем клетки облучали NIR-лазером (1064 нм, 0,75 Вт / см ² , 10 мин) и инкубировали в течение 24 ч. После этого в каждую лунку добавляли 10 мкл раствора CCK-8 и инкубировали еще 40 мин при 37 ° C. Затем использовали ридер для микропланшетов для определения оптической плотности каждой лунки при 450 нм.

Модель мыши, несущей опухоль

Все мыши BALB / c были приобретены у Beijing Vital River Laboratory Animal Technology Co. Ltd. Все процедуры экспериментов на животных проводили в соответствии со стандартными процедурами, одобренными Комитетом передовых технологий Шэньчжэньского института Китайской академии наук. Модель опухоли была создана путем подкожной инъекции клеток 4T1 (2 × 10 ⁶ ) в спину мышей. Исследования на животных проводились, когда объем опухоли достигал примерно 100 мм ³ .

In Vivo Кровообращение и биораспределение

Для измерения времени циркуляции сначала 200 мкл AuNR @ BSA внутривенно вводили в хвостовую вену мышей BALB / c, а затем собирали 20 мкл крови при 0,25, 2, 4, 6, 8, 12, 36 и 48 ч и разбавили 30 мкл PBS, чтобы получить 50 мкл образца крови. Около 400 мкл концентрированной HNO ₃ (хроматографическая чистота), крышку закрывали и переваривали при 90 ° C в течение 2 часов. После охлаждения до комнатной температуры 150 мкл H ₂ О ₂ (для хроматографии) медленно добавляли, а затем нагревали до 90 ° C в течение 1 ч без крышки. В итоге раствор разбавляли до 5 мл сверхчистой водой. Концентрация иона Au была измерена с помощью оптической эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой (ICP-OES) после прохождения через нейлоновый шприцевой фильтр 0,44 мм.

Для измерения биораспределения около 200 мкл AuNR @ BSA внутривенно вводили в хвостовую вену мышей BALB / c. Через 24 ч мышь умерщвляли, сердце, печень, селезенку, легкие и почки сушили в печи при 80 ° C. Перед перевариванием каждый орган взвешивали, 800 мкл концентрированной HNO ₃ . (GR) и нагревали до 90 ° C в течение 2 часов. После охлаждения до комнатной температуры 200 мкл H ₂ О ₂ (GR) медленно по каплям добавляли, нагревали при 90 ° C в течение 1 ч, а затем раствор разбавляли до 10 мл сверхчистой водой. Наконец, концентрация иона Au была измерена с помощью ICP-OES после прохождения через нейлоновый шприцевой фильтр 0,44 мм.

Эффективность фототермической обработки

Для оценки теплового терапевтического эффекта AuNR @ BSA мышей с опухолями с опухолями 4T1 случайным образом разделили на четыре группы с объемом опухоли около 100 мм ³ :(1) AuNR @ BSA, (2) AuNR @ BSA + лазер; (3) Только лазер (4) Пустой контроль. Инфракрасный тепловизор использовался для записи инфракрасного теплового изображения участка опухоли. Объем опухоли и массу тела мышей регистрировали до и после лечения соответственно. Объем опухоли можно рассчитать по обычному уравнению (объем =ширина ² × длина / 2). Через две недели мышей умерщвляли и выделяли опухоли.

Анализ данных

Для анализа данных использовалось статистическое программное обеспечение SPSS 16.0. Данные измерений были выражены как среднее значение ± d, сравнение между группами было выполнено с помощью дисперсионного анализа, а сравнение данных подсчета выполнено с помощью критерия хи-квадрат. P <0,05 считалось статистически значимым.

Результаты и обсуждение

Синтез и характеристика AuNR @ CTAB

Было обнаружено, что чем меньше размер золотых наностержней, тем лучше фармакокинетика и ниже цитотоксичность [18]. Однако пик поглощения ППР золотых наностержней сильно зависит от соотношения сторон:чем больше соотношение сторон, тем ниже энергия пика ППР. Чтобы синтезировать AuNR с большим аспектным отношением, в то же время сохраняя размер как можно меньшим, параметры синтеза были оптимизированы, такие как концентрация поверхностно-активного вещества, pH раствора для выращивания и концентрация восстанавливающего агента. NaBH ₄ (aq) - это своего рода сильный восстановитель, который образует ядро ​​Au посредством зарождения всплеска LaMer, за которым следует быстрое случайное присоединение ионов Au и созревание внутри частиц [19]. В качестве мольного количества NaBH ₄ с увеличением пика максимального поглощения золотых наностержней происходит сдвиг в синий цвет от 1223 до 865 нм (рис. 1C). PH раствора для выращивания также является ключевым параметром для контроля роста золотых наностержней, который регулируется количеством соляной кислоты [20]. Было обнаружено, что пик максимального поглощения золотых наностержней постепенно сдвигается в красную область от 871 до 1070 нм при увеличении количества соляной кислоты (рис. 1D). Кроме того, Ag ⁺ считается способным контролировать направление роста золотых наностержней, и чем ниже Ag ⁺ концентрации может быть реализована большая длина волны поглощения пика SPR (рис. 1E). В конце концов, синтезированные золотые наностержни имеют винно-красный цвет, как показано на рис. 1В. Поэтому, учитывая эффективность синтеза золотых наностержней и доступность лазерного источника света, мы выбрали золотые наностержни с максимальным пиком поглощения при 1064 нм для фототермической обработки опухолей.

Фотосвойства AuNR @ CTAB при различных условиях синтеза. а Препарат AuNR @ CTAB. б Изображение золотых наностержней, покрытых CTAB (AuNR @ CTAB), c УФ – видимые спектры приготовленных AuNR @ CTAB с варьируемым NaBH ₄ концентрация, d УФ – видимые спектры приготовленного AuNR @ CTAB с различной концентрацией HCl e УФ – видимые спектры приготовленного AuNR @ CTAB с различным содержанием AgNO ₃ концентрация

Синтез и характеристика AuNR @ BSA

Бромид цетилтриметиламмония (CTAB) - это наиболее широко используемое соединение для синтеза золотых наностержней с точной длиной и соотношением сторон. Однако CTAB обладает значительной цитотоксичностью при концентрации выше 1–10 мкМ. Применение покрытых CTAB золотых наностержней (AuNR @ CTAB) в биомедицине сильно ограничено [21]. Более того, коллоидная стабильность золотых наностержней, покрытых CTAB, в водном растворе сильно зависит от температуры, которая легко кристаллизируется при низких температурах [22]. Учитывая снижение цитотоксичности CTAB и повышение его стабильности, было предложено несколько подходов для замены CTAB в процессе синтеза золотых наностержней или для функционализации покрытых CTAB золотых наностержней. Используя полимеры, пептиды, поверхностно-активные вещества и липиды для модификации поверхности наночастиц, в большинстве этих стратегий используются тиолированные молекулы или силы электростатического взаимодействия для связывания с поверхностью золота [23]. Белки являются наиболее многообещающими вариантами, поскольку обладают преимуществами коллоидной стабильности, биосовместимости и дальнейшей функционализации. [26]

Золотые наностержни, покрытые CTAB и BSA, изображены на рис. 2A. Максимальный пик поглощения AuNR @ BSA составляет около 1064 нм, что примерно на 30 нм сдвинуто в красную область по сравнению с пиком AuNR @ CTAB (рис. 2B). Дзета-потенциал золотых наностержней изменился с положительного на отрицательный в результате замены покрытия CTAB на BSA (дополнительный файл 1:рис. S1). Из FTIR-спектров AuNR @ BSA и AuNR @ CTAB (дополнительный файл 1:рис. S2) мы могли обнаружить, что два характерных пика при 1649 см ^-1 и 1539 см ⁻¹ в случае AuNR @ BSA, которые были отнесены к колебательным полосам амида I и амида II БСА. Динамическое рассеяние света (DLS) также применялось для анализа гидродинамического размера AuNR @ CTAB и AuNR @ BSA; кроме того, морфология AuNR @ BSA и AuNR @ CTAB была охарактеризована с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), как показано на рис. 2C, D. При измерении интенсивности рассеяния DLS можно было четко обнаружить два пика, один с гидродинамическим размером около 3,10 ( ± 0,85) нм, а другое около 57,45 (± 24,22) нм для AuNR @ CTAB. Однако в случае AuNR @ BSA пики сдвигаются до 8,64 (± 3,80) нм и 89,24 (± 42,24) нм. Мы могли обнаружить, что форма AuNR остается аналогичной после покрытия BSA, за исключением того, что концы становятся слегка закругленными (рис. 2C, D). Для терапевтических применений in vivo критический размер наночастиц ограничен менее 100 нм [25]. За пределами этого размера способность наночастиц проникать в опухоли будет ограничена; поэтому представленные золотые наностержни были бы идеальным кандидатом для лечения опухолей [24]. Как показано в Дополнительном файле 1:Рис. S3, характерные пики Au можно четко наблюдать на рентгенограмме с плоскостей (111), (200), (220) и (311) наночастиц Au.

Характеристика AuNR @ BSA и AuNR @ CTAB. а Приготовление AuNR @ BSA. б УФ – видимые спектры AuNR @ CTAB (L) и AuNR @ BSA (R). c Измерение интенсивности DLS AuNR @ CTAB и AuNR @ BSA. г ПЭМ-изображения AuNR @ CTAB и AuNR @ BSA

In Vitro Фототермический эффект золотых наностержней

Диодный лазер 1064 нм как наиболее экономичный источник света NIR-II считается оптимальной длиной волны для фототермической терапии. Таким образом, считается, что идеальная золотая наноплатформа NIR-II для эффективной фототермической терапии характеризуется сильным поглощением ППР на длине волны 1064 нм, высокой фототермической эффективностью и превосходной фототермической стабильностью. Для исследования фототермического эффекта приготовленного AuNR @ BSA, PBS и различные ОП (=0,5, 1, 1,5, 2) AuNR @ BSA возбуждали на длине волны 1064 нм с интенсивностью света от 0,35 до 1 Вт / см ² на 30 мин. Температурный формирователь изображения использовался для записи изменений температуры каждые 5 минут, как показано на фиг. 3A. Фототермический эффект AuNR @ BSA и AuNR @ CTAB с одинаковым поглощением (OD =1) значительно выше, чем у PBS. Мы смогли обнаружить, что температура быстро повышалась в течение первых 5 минут, а затем оставалась на уровне около 80 ° C в течение всего остального времени, как показано на рис. 3A. Фототермическое повышение температуры для PBS в основном вызвано обертонным поглощением воды на длине волны 1064 нм. Максимальная температура как функция интенсивности света показана на фиг. 3B. Было обнаружено, что фотоиндуцированная термическая температура AuNR @ CTAB и AuNR @ BSA при поглощении около 1 пропорциональна интенсивности света. Повышение температуры для AuNR @ CTAB и AuNR @ BSA происходит намного быстрее, чем для PBS, поскольку интенсивность лазера становится выше. Кроме того, на рис. 3C показано, что при тех же условиях облучения (1064 нм, 0,75 Вт / см ² ) максимальная фототермическая температура резко увеличивается по мере увеличения поглощения обоих AuNR. Фототермические свойства AuNR, покрытого BSA, немного лучше, чем у покрытого CTAB. Нет значительного изменения максимальной фототермической температуры AuNR @ BSA (OD =1, 61,1 ° C) в течение трех циклов облучения (0,5 Вт / см ² , 10 мин), что свидетельствует о превосходной фототермической стабильности приготовленного AuNR @ BSA (рис. 3D). На рис. 3E показано фототермическое температурное изображение AuNR @ CTAB (OD =1), AuNR @ BSA (OD =1) и PBS при лазерном облучении в течение 10 мин. Максимальная температура PBS составляет 44,5 ° C, а максимальная температура AuNR достигает 85,5 ° C. Приведенные выше результаты продемонстрировали, что синтезированный AuNR @ BSA обладает подходящими характеристиками поглощения, эффективностью фототермического преобразования и фотостабильностью в диапазоне NIR-II как превосходный фототермический терапевтический агент.

Оценка фототермического эффекта AuNR @ BSA in vitro. а Фототермическая температура AuNR @ BSA и AuNR @ CTAB как функция времени лазерного облучения (поглощение ППР около 1, 1064 нм, 1 Вт / см ² ). б Повышение температуры PBS, AuNR @ CTAB (OD =1) и AuNR @ BSA (OD =1) под действием NIR в зависимости от интенсивности лазерного излучения (1064 нм, от 0,35 до 1 Вт / см ² ). c Повышение температуры AuNR @ BSA и AuNR @ CTAB с разным поглощением в течение 10 мин лазерного облучения (1064 нм, 1 Вт / см ² , инициируемое ближним инфракрасным излучением ). г Фототермическое превращение AuNR @ BSA (OD =1) при трех циклах облучения (1064 нм, 0,5 Вт / см ² ). е Тепловое изображение PBS, AuNR @ CTAB (OD =1), AuNR @ BSA (OD =1) при облучении лазером NIR (1064 нм, 1 Вт / см ² ) на временном интервале 5 и 10 мин. (среднее ± стандартное отклонение, n =3)

In vitro Цитотоксичность и фототермическая токсичность золотых наностержней

Анализ CCK-8 выполняли для количественной оценки цитотоксичности AuNR @ CTAB и AuNR @ BSA на клетках 4T1 при различных концентрациях. Даже без лазерного облучения AuNR @ CTAB уже проявляет значительную цитотоксичность при очень низкой концентрации (поглощение около 0,05), следовательно, биологическое применение которого сильно ограничено. Однако AuNR @ BSA демонстрирует отличные перспективы биологического применения, например, жизнеспособность клеток все еще находится в приемлемом диапазоне, поскольку поглощение AuNR @ BSA достигает примерно 1 (рис. 4A). Благодаря многообещающей стабильности и высокой эффективности фототермического преобразования AuNR @ BSA, фототермическая токсичность была проведена на опухолевых клетках 4T1 in vitro при интенсивности света около 0,75 Вт / см ² на 10 мин. Значительная фототермическая токсичность была обнаружена при поглощении около 1 с выживаемостью клеток около 20%; однако около 100% выживаемости клеток было обнаружено для экспериментов без излучения (рис. 4B, дополнительный файл 1:рис. S4). Эти результаты in vitro показывают, что фототермическая обработка AuNR @ BSA в области NIR-II может эффективно убивать раковые клетки при относительно интенсивной радиации.

Цитотоксичность и фототермическая токсичность золотых наностержней in vitro. а Жизнеспособность клеток 4T1, инкубированных с различными концентрациями AuNR @ CTAB и AuNR @ BSA. б Жизнеспособность клеток 4T1, инкубированных с различными концентрациями AuNR @ BSA без и с облучением лазером NIR (1064 нм, 0,75 Вт / см ² , 10 минут). (среднее ± стандартное отклонение, n =3)

In Vivo Исследования биораспределения

Время циркуляции крови важно для успешной доставки лекарств на основе наночастиц [24]. Время кровообращения AuNR @ BSA контролировали по концентрации Au с помощью ICP-OES, и было установлено, что оно составляет около 1,5 ч (период полураспада) (фиг. 5A). Биораспределение AuNR @ BSA in vivo также измерялось по концентрации Au в различных органах (дополнительный файл 1:рис. S5). Как показано на рис. 5B, AuNR @ BSA сильно накапливались в печени и селезенке после 24-часовой внутривенной инъекции из-за их сильного фагоцитоза как органа ретикулоэндотелиальной системы (RES) [27, 28]. Эти результаты показывают, что AuNR @ BSA может эффективно накапливаться в печени и селезенке. AuNR @ BSA имеет потенциальное применение при заболеваниях печени и селезенки.

Биораспределение AuNR @ BSA в крови и органах. а Концентрация Au в крови как функция времени при внутривенной инъекции AuNR @ BSA. б Биораспределение AuNR @ BSA в различных органах

In Vivo Фототермическая обработка золотых наностержней в ближнем инфракрасном диапазоне

Превосходные фототермические характеристики AuNR @ BSA побуждают нас проводить фототермическую терапию in vivo на мышах BALB / c с опухолями. AuNR @ BSA вводили in situ в опухоль, а затем через 10 минут вводили свет для фототермической терапии (1064 нм, 0,75 Вт / см ² ). За изменением температуры in vivo следили с помощью тепловизора. Изменения температуры до и после обработки показаны на фиг. 6D. Температура участка опухоли составляла около 63,9 ° C в течение 10 минут после облучения и сохраняла небольшие колебания при этой температуре (фиг. 6D). Напротив, нет наблюдаемого изменения температуры для контрольной группы в тех же условиях облучения (группа AuNR @ BSA, группа PBS, группа лазера). После фототермической терапии объем опухоли и массу тела мышей контролировали каждые два дня в течение 14 дней. Как показано на фиг. 6A, B, опухоль группы AuNR @ BSA_laser была полностью подавлена ​​и оставлена ​​в виде обожженных струпьев на месте исходного опухолевого участка, в то время как опухоль в контрольных группах росла относительно быстро и неконтролируемо (группа AuNR @ BSA, Группа ПБС, группа лазеров). Струпья - это обожженная кожа, что напрямую доказывает, что процесс PPT может вызвать избыточное локальное нагревание на участке опухоли с введенным AuNR @ BSA. Фототермический эффект очень эффективен, поскольку мы наблюдали, что солидные опухоли в группе лазера AuNR @ BSA + быстро уменьшались через два дня после лечения. Для дальнейшего выявления изменений опухоли после лечения по окончании 14-дневного наблюдения мышей умерщвляли и опухоли выделяли. Как показано на фиг. 6C, размер опухоли в группе лечения AuNR @ BSA_laser был полностью подавлен, в то время как во всех других группах был обнаружен неконтролируемый рост. Изображения мышей из группы (AuNR @ BSA + лазер) показали, что опухоли не продолжали расти после 14-дневного лечения (фиг. 6E). Следовательно, учитывая идеальную терапевтическую способность и отсутствие очевидной цитотоксичности, AuNR @ BSA для терапии лазерным облучением в ближнем инфракрасном диапазоне со вторым окном является идеальным кандидатом для инициируемой светом ЧТВ in vivo. Это ясно показывает, что простая гипертермия с использованием современной терапии NR-II может эффективно подавлять рост опухоли (дополнительный файл 1).

Фототермическое лечение мышей с опухолями. а Объем опухоли как функция времени при различных условиях лечения. б Изменение массы тела мышей с опухолями в зависимости от времени после лечения. c Фотографии опухолевых тканей в разных группах после 14-дневного лечения. г Инфракрасные термографические изображения мышей с опухолями, подвергнутых воздействию лазера с длиной волны 1064 нм (0,75 Вт / см ² , 10 мин) через 10 мин после внутриопухолевой инъекции AuNR @ BSA. е Изображения мышей из группы AuNR @ BSA_laser после лечения. (среднее ± стандартное отклонение, n =2)

Кроме того, ТЕМ проводился для изолированной опухоли после фототермической обработки и необработанной опухоли. AuNR можно было наблюдать в опухолевой ткани после фототермической обработки. Он предоставил дополнительные доказательства того, что золотые наностержни по-прежнему обладают отличной фотостабильностью в среде опухолевой ткани (рис. 7).

Просвечивающая электронная микрофотография AuNR @ BSA в опухолевой ткани a Вылечили опухоль. б Нелеченная опухоль

Заключение

Здесь мы синтезировали AuNR @ BSA с максимумом поглощения ППР во втором окне ближнего инфракрасного диапазона для фототермической терапии, поскольку они обладают выдающимися фототермическими свойствами и биосовместимостью. Биосовместимость указанного AuNR была значительно улучшена путем покрытия бычьим сывороточным альбумином, при этом фототермические свойства не пострадали. 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.

Availability of data and materials

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.