Met antilichaam geconjugeerde silica-gemodificeerde gouden nanostaafjes voor de diagnose en fotothermische therapie van Cryptococcus neoformans:een experiment in vitro

Discussie

Silica heeft veel voordelen ten opzichte van polymeer [32]. De betrokken voorbereidende processen zijn vrij eenvoudig en de dikte van een silica-omhulsel kan worden aangepast aan de gewenste grootte en porositeit. Verder is silica extreem stabiel en biocompatibiliteit, heeft het geen zwelling of porositeitsveranderingen bij een verandering in pH, en is het niet kwetsbaar voor microbiële aantasting. Bovendien heeft silica een gemakkelijke oppervlaktemodificatie met een verscheidenheid aan functionele groepen met behulp van silaanchemie en in de handel verkrijgbare organosiliciumreagentia voor biotargeting. Silica-gecoate GNR's behouden de superieure optische eigenschappen van GNR's en kunnen hun thermische stabiliteit verbeteren onder hoge energie bestraling. In onze studie, na te zijn gecoat met silica en geconjugeerd met anti-C. neoformans antilichaam vertoonden GNR's beide een rode verschuiving in de oppervlakteplasmonresonantiepiek als gevolg van de toename van de brekingsindex van het omringende medium [32, 33]. De resultaten gaven ook aan dat de grootte van het monster steeds groter wordt na modificatie en conjugatie. Deze gegevens gaven aan dat we met succes gouden nanodeeltjes hebben geconjugeerd met een anti-C. neoformans antilichaam. We kunnen echter niet uitsluiten dat de GNR-SiO₂ wond heeft een speciale kracht om cellen te conjugeren na binding met de antilichamen, en we zullen in de toekomst verder onderzoek doen. In deze studie hebben we met succes GNR-SiO₂ -Ab aan de celcapsule door een eenvoudige antigeen-antilichaamreactie. Bovendien hebben we er met succes voor gezorgd dat onze complexen zich richten op antigenen op de celcapsule.

GNR's hebben de afgelopen tien jaar veel aandacht gekregen. Hainfeld et al. [34] rapporteerde ten eerste dat GNR's kunnen worden gebruikt als een röntgencontrastmiddel. GNR's bieden verschillende voordelen ten opzichte van gejodeerde moleculen, een voorwaardelijk contrastmiddel. Vanwege een hoog atoomnummer en elektronendichtheid vertonen GNR's een relatief hoge röntgenverzwakkingscoëfficiënt. Het atoomnummer en de elektronendichtheid van goud (79 en 19,32 g/cm ³ , respectievelijk) zijn hoger dan die van jodium (53 en 4,9 g/cm ³ ) [7]. Jodium als röntgencontrastmiddel heeft veel ernstige bijwerkingen, zoals nefrotoxiciteit en ernstige allergische reacties. GNR's blijven echter veel langer in het lichaam aanwezig dan jodiumcontrastmiddelen, wat betekent dat er voldoende tijd is om de beelden te observeren. Bovendien kunnen GNR's zich richten op kankercellen, virussen en bacteriën via oppervlaktefunctionalisering met een verscheidenheid aan moleculen, zoals peptiden of antilichamen. Reuveni et al. [31] hebben aangetoond dat verschillende soorten moleculen aan het oppervlak van GNR's kunnen worden gehecht. In deze studie nam de intensiteit van het CT-signaal continu toe, samen met de verhoogde concentratie van GNR-SiO₂ -Ab, wat resulteert in helderdere beelden. GNR-SiO₂ -Ab vertoonde een significant positief potentieel als contrastmiddelen voor röntgen-/CT-beeldvorming, evenals GNR's. De röntgenopname van gouden nanostaafjes bleef onaangetast, zelfs met oppervlaktemodificatie. Deze gegevens geven aan dat de röntgenverzwakkingseigenschappen van GNR-SiO₂ -Ab veranderde niet significant als gevolg van oppervlaktemodificatie. Dit komt overeen met bevindingen in eerdere literatuur [35,36,37]. Surface-functionalisatie is een krachtig hulpmiddel dat passieve of actieve targeting van GNR's naar een specifieke interessante site mogelijk maakt. In onze studie hebben we met succes GNR-SiO₂ -Ab aan de capsules van C. neoformans . Daarnaast hebben we bepaald of deze antilichaam-geconjugeerde deeltjes kunnen worden gebruikt als nanosondes tijdens het uitvoeren van gerichte CT-beeldvorming van C. neoformans cellen in vitro. We zagen dat CT-beelden van C. neoformans cellen gedispergeerd in PBS leken vrij veel op afbeeldingen afgeleid van C. neoformans cellen gedispergeerd in water. Het is echter moeilijk om de afbeeldingen van schimmels te onderscheiden van zachte weefsels. Een antilichaam kan een veel grotere aggregatie van GNR's induceren door te binden aan het oppervlak van C. neoformans cellen resulterend in een veel hogere dempingswaarden dan ooit. Zo kunnen we met succes een onderscheidbare röntgenverzwakking van schimmels bereiken. Op basis van onze resultaten is de detectie van C. neoformans door CT-beeldvorming zou kunnen worden bereikt en nieuwe kansen in de diagnostiek kunnen bieden.

GNR's zijn op grote schaal gebruikt voor fotothermische therapie van tumoren [22, 38, 39]. Onze studie geeft aan dat GNR-SiO₂ -Ab kan een selectief hulpmiddel zijn om C te vernietigen. neoformans cellen. Onze resultaten bevestigden dat het celmembraan van C. neoformans cellen leden onherstelbare en ernstige vernietiging nadat ze door NIR waren bestraald. Bovendien verminderde de levensvatbaarheid van cellen aanzienlijk in vergelijking met de onbehandelde cellen. Deze resultaten gaven aan dat alleen NIR-straling de dood van C veroorzaakt. neoformans cellen. De levensvatbaarheid van cellen die zijn geïncubeerd met GNR-SiO₂ -Ab was ook depressief. In cellen die zijn geïncubeerd met GNR-SiO₂ -Ab en onderworpen aan NIR-bestraling, verminderde de levensvatbaarheid van cellen aanzienlijk in vergelijking met andere groepen. We zorgen ervoor dat de GNR-SiO₂ -Ab conjugeerde selectief met de schimmels en verbeterde de effecten van de NIR-straling. GNR-SiO₂ -Ab heeft het vermogen van selectieve fotothermische therapie-effecten op de C. neoformans cellen. Het werkingsmechanisme is niet eerder gerapporteerd. We speculeren dat verstoring van het celmembraan waarschijnlijk werd veroorzaakt door door bestraling geïnduceerde celdood. Norman et al. [18] meldde dat de levensvatbaarheid van Pseudomonas aeruginosa werd significant verminderd wanneer deze soort werd blootgesteld aan bestraling en gebonden met gouden nanostaafjes, die covalent waren geconjugeerd met specifieke antilichamen. Deze cellen vertoonden ook gebieden met een ernstig verstoord celmembraan met onherstelbare schade, veroorzaakt door blootstelling aan NIR-straling. Wanneer nanodeeltjes werden blootgesteld aan NIR-straling, werd het celmembraan beschadigd als gevolg van verschillende factoren, waaronder explosie van nanodeeltjes, schokgolven, bellenvorming en thermische desintegratie [40].

In deze studie werd de dood of verminderde activiteit van C. neoformans cellen kwamen voor toen het celmembraan werd gedesintegreerd en vernietigd door thermische energie. Er moet echter meer onderzoek worden gedaan om deze hypothese te bevestigen. C. neoformans cellen worden beschadigd door de volgende factoren:plaatselijke temperatuurstijgingen, explosie van nanodeeltjes, schokgolven, bellenvorming en thermische desintegratie die wordt veroorzaakt door NIR-straling. In het bijzonder C. neoformans cellen werden aanzienlijk beschadigd wanneer ze alleen werden blootgesteld aan NIR-straling. Er zijn twee mogelijke redenen om uit te leggen hoe gericht GNR-SiO₂ -Ab stimuleert NIR-straling door fotothermische vernietiging van C op te wekken. neoformans cellen. Een mogelijkheid is dat in de capsule van C. neoformans cellen, de gerichte GNR-SiO₂ -Ab induceert een gelokaliseerde temperatuurstijging. De tweede mogelijkheid is dat als gevolg van een antigeen-antilichaamreactie tussen GNR-SiO₂ -Ab en het kapsel van C. neoformans cellen, zijn er structurele veranderingen in de celwand en capsule. Door dergelijke veranderingen zouden cellen gevoeliger zijn voor fotothermische behandeling [41]. Eerdere studies hebben de lage toxiciteit van de gouden nanostaafjes bevestigd [22, 42, 43], en verdere studies zullen nodig zijn om het effect van fotothermische therapie in vivo te onderzoeken. Het meest betreurenswaardige van onze studie is dat we het laadvermogen van GNR-SiO₂ niet hebben besproken. -Ab. Verdere studie zal zich concentreren op de relatie tussen het laadvermogen van GNR-SiO₂ -Ab en het fotothermische effect.