Antikörper-konjugierte Silica-modifizierte Goldnanostäbchen für die Diagnose und photothermische Therapie von Cryptococcus neoformans:ein In-vitro-Experiment

Hintergrund

Cryptococcus neoformans ist eine verkapselte Hefe, die erstmals 1894 von Busse beschrieben wurde [1]. Infektion mit der eingekapselten Hefe Cryptococcus neoformans kann zu einer harmlosen Besiedelung der Atemwege, aber auch zu Meningitis oder disseminierten Erkrankungen führen [2], insbesondere bei Personen mit geschwächter zellvermittelter Immunität. Kryptokokkose stellt eine schwerwiegende lebensbedrohliche Pilzinfektion bei Patienten mit schwerer HIV-Infektion dar und kann auch Organtransplantationen, retikuloendotheliale Malignome, Kortikosteroidbehandlungen oder Sarkoidose erschweren [3]. Die mit einer HIV-Infektion verbundene Kryptokokkenmeningitis ist weltweit für mehr als 600.000 Todesfälle pro Jahr verantwortlich [4]. Kryptokokkenmeningitis und disseminierte Krankheit waren ausnahmslos tödlich. 1995 berichteten Speed ​​und Dunt von einer Sterblichkeitsrate von 14% bei Patienten mit Kryptokokken-Erkrankung, die mit Amphotericin B plus Flucytosin behandelt wurden [5]. Die Abklärung bei Patienten mit Verdacht auf Kryptokokkose war abhängig von der Pilzkultur. Es gibt jedoch noch wenig schnelle und wirksame Lösungen für die Diagnose oder Behandlung von C. Neoformans Infektion in einem frühen Stadium. Darüber hinaus erhalten die meisten Patienten mit Kryptokokkeninfektionen keine sofortigen Behandlungen, was zu einer hohen Sterblichkeitsrate führt.

Unter allen bildgebenden Verfahren ist die Röntgen-Computertomographie (CT) hinsichtlich Verfügbarkeit, Effizienz und Kosten eines der nützlichsten diagnostischen Werkzeuge in Krankenhäusern [6]. Die CT ist in der Lage, anatomische Muster zu erkennen und ergänzende anatomische Informationen zu liefern, einschließlich Tumorlokalisation, -größe und -ausbreitung auf endogenem Kontrast [7]. Eine häufige Manifestation der pulmonalen Kryptokokkose ist das Vorhandensein einzelner oder multipler Lungenknötchen oder -massen, Kavitation oder Parenchymanomalien. Diese Manifestationen werden durch die Computertomographie (CT) eindeutig erkannt [8]. Mit Röntgenbildgebung werden die folgenden Merkmale der Kryptokokken-Meningitis werden typischerweise dargestellt:dilatierte Virchow-Robin-Räume, meningeale Anreicherung, prominente Aderhautfissur und parahippocampale Zysten [9]. Eine frühe Kryptokokkose kann jedoch mit der radiologischen Bildgebung nicht erkannt werden. Das heißt, wir können keine zeitnahe Behandlung in einem frühen Stadium durchführen. Vor kurzem haben Fortschritte bei der Kontrolle der Oberflächenform/Morphologie von Gold-Nanomaterialien die große Fähigkeit gezeigt, ihre lokalisierte Oberflächenplasmonenresonanz zu steuern [10, 11]. Hier haben wir eine Art nanoskaliges Goldmaterial namens Gold Nanorods (GNRs) untersucht, das selektiv mit den Pilzen in Verbindung treten kann. In der klinischen CT-Bildgebung sind jodhaltige Verbindungen das am häufigsten verwendete Kontrastmittel. Die Ordnungszahl und Elektronendichte von Gold sind jedoch viel höher als die von Jod. Gold kann eine starke Röntgendämpfung induzieren, was es zu einem idealen Kandidaten für CT-Kontrastmittel macht [7]. Durch die Konjugation von GNRs mit spezifischen Antikörpern können Wissenschaftler potenziell gezielt auf bestimmte Gewebe und Krankheitserreger abzielen und Bilder von ihnen aufnehmen [12].

Amphotericin B ist ein wichtiges Therapeutikum zur Behandlung der Kryptokokkenerkrankung, das seit Ende der 1960er Jahre eingesetzt wird [13]. Die klinische Wirksamkeit von Amphotericin B ist jedoch begrenzt und es weist eine signifikante Nephrotoxizität auf [14]. Die Wirksamkeit gegenwärtiger Medikamente wird durch Toxizität, Medikamentenresistenz oder einen unzureichenden Wirkungsbereich beeinträchtigt [15, 16]. Daher müssen neue selektive therapeutische Verfahren für Kryptokokken-Erkrankungen entwickelt werden. In letzter Zeit werden photothermische Behandlungen in großem Umfang verwendet, um Krebszellen, Viren und Bakterien zu bekämpfen und zu zerstören [17,18,19]. Im Vergleich zu traditionellen therapeutischen Regimen ist der Mechanismus solcher Therapeutika völlig anders. Nahinfrarot (NIR) Laserlicht ist eine ideale photothermische Behandlungsmethode, die gezielt von Geweben oder Materialien absorbiert werden kann. Licht kann Gewebe effektiv durchdringen, was eine minimale Schädigung des normalen Gewebes begleitet [20]. GNRs absorbieren Licht im NIR-Bereich (650–900 nm) und die absorbierte Lichtenergie kann in Wärmeenergie umgewandelt werden. Basierend auf diesem Prinzip ist es eine ideale Methode, NIR-Laserlicht mit GNRs zur Behandlung zu kombinieren. Im Vergleich zu klassischen Photosensibilisatoren weisen GNRs mehrere vorteilhafte Eigenschaften auf:hoher Absorptionsquerschnitt, hohe Löslichkeit, ausgezeichnete biologische Verträglichkeit, Hypotoxizität, große Lichtstabilität und leichte Konjugation mit Zielmolekülen [21]. Mehrere Berichte haben beschrieben, wie GNRs für photothermische Behandlungen verwendet werden [22,23,24]. Carpin führte ein Experiment mit Brustkrebszellen durch, die das HER2-Gen überexprimierten und mit anti-HER2-konjugierten Silica-Gold-Nanoschalen inkubiert wurden. Anschließend wurden die Komplexe mit 808-nm-NIR-Strahlung bestrahlt. Im Vergleich zur Kontrollgruppe wurden die Zellen zerstört [17]. Wang berichtete, dass Antikörper-konjugierte GNRs Zielmoleküle auswählen und pathogene Salmonellen zerstören könnten Bakterien, wenn sie NIR-Strahlung ausgesetzt sind. Es gab eine hochsignifikante Reduktion von Salmonellen Zelllebensfähigkeit [19].

Hier verwendeten wir Antikörper-konjugierte, silikamodifizierte Goldnanostäbchen, um C spezifisch zu binden. Neoformans Zellen. Darüber hinaus können die an die Komplexe bindenden Zellen in CT-Bildern leicht unterschieden werden. Diese Goldnanopartikel wurden mit C in Verbindung gebracht. Neoformans Zellen über Immunkonjugation und photothermische Lyse verursachten eine signifikante Verringerung der Lebensfähigkeit der Zellen. Unsere Studie bestätigte eine völlig neue Option für die Diagnose und photothermische Therapie von C. Neoformans in vitro und bietet eine Möglichkeit zur sicheren und effektiven Behandlung von Kryptokokkose.

Methoden

Materialien

Anti-C. Neoformans Antikörper wurde von Meridian Life Science (Memphis, TN, USA) gekauft. Chlorgoldsäure (HAuCl₄ ·3H₂ O) wurde von Sigma (St. Louis, MO, USA) bezogen. Silbernitrat (AgNO₃ .) ), Tetraethylorthosilicat (TEOS), 3-Aminopropyltrimethoxysilan (APTS), Cetyltrimethylammoniumbromid (CTAB), Natriumborhydrid (NaBH₄ ), 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)-carbodiimid (EDC), Poly(natrium-4-styrolsulfonat) (PSS) und Ascorbinsäure wurden von J &K Chemical Limited (China) erhalten. Alle oben genannten Chemikalien wurden ohne weitere Reinigung verwendet. In allen Zubereitungen wurde entionisiertes Wasser (Millipore Milli-Q-Qualität) mit einem spezifischen Widerstand von 18,2 MΩ cm verwendet.

Synthese von Antikörper-konjugierten Silica-modifizierten Goldnanostäbchen

In einem typischen Experiment wurden GNRs gemäß dem Seed-vermittelten Template-unterstützten Protokoll synthetisiert [25,26,27]. Syntheseweg zur Herstellung der antikörperkonjugierten silikamodifizierten Goldnanostäbchen (GNR-SiO₂ -Ab) ist in Abb. 1 dargestellt. 25 Milliliter der GNR-Lösung wurden bei 12000 U/min 15 Minuten lang zentrifugiert. Der Überstand, der hauptsächlich CTAB-Moleküle enthielt, wurde entfernt und das Präzipitat in 20 ml wasserfreiem Ethanol resuspendiert, das mit 20 μl 28%igem Ammoniak auf pH 10 eingestellt wurde. Nachdem das System beschallt wurde, wurde TEOS von 5 ml (10 mM) zugegeben und dann wurde das gesamte System 24 h lang kräftig gerührt. Silica-beschichtete GNRs wurden durch Zentrifugation bei 4000 U/min für 30 Minuten gesammelt und dreimal mit Wasser und zweimal mit Ethanol gewaschen. Das erhaltene gereinigte GNR-SiO₂ Proben wurden für weitere Experimente in 10 ml Ethanol redispergiert [28]. Anschließend wurden 10 ml APTS zugesetzt, um eine gemischte Lösung zu bilden, und 1 h bei 60 °C unter Rückfluss reagieren gelassen. Das Ergebnis wurde fünfmal mit entionisiertem Wasser gewaschen und 3 h bei 60 °C in einem Vakuumofen getrocknet, um das GNR-SiO₂ . zu erhalten -NH₂ . Das Ergebnis wurde weiter mit einem Polymer (PSS) durch eine Schicht-für-Schicht-Technik beschichtet, die dem Lösungsmittel zugängliche Amingruppen bereitstellte [29]. Diese aminterminierten Nanostäbchen wurden in Gegenwart von EDC, einem wasserlöslichen Carbodiimid, das die Bildung von Amidbindungen zwischen der Carbonsäure und dem primären Amin fördert, 12–16 h lang mit der Carbonsäure gereinigter Antikörper reagieren gelassen [30]. Nach der Inkubation wurden die Nanostäbchen-Antikörper-Komplexe durch Zentrifugation gereinigt und in PBS resuspendiert [31].

Syntheseverfahren von GNR-SiO₂ -Ab

Charakterisierung von GNR-SiO₂ -Ab

Die Größe und Morphologie von GNR und GNR-SiO₂ -Ab wurden mittels Transmissionselektronenmikroskopie (TEM; Tecnai G2 Spirit Biotwin, FEI, USA) charakterisiert, die bei einer Beschleunigungsspannung von 120 kV betrieben wurde [20]. UV-Vis-Spektren wurden bei 20 °C mit einem UV-Vis-Spektrophotometer (Shimadzu UV-2450, Shimadzu, Japan) mit einer 10-mm-Quarzzelle mit einer Lichtweglänge von 1 cm gemessen. Die 200- bis 1000-nm-Wellenlänge wurde gescannt, da sie die Absorptionspeaks der GNRs enthält, anti-C. Neoformans Antikörper und GNR-SiO₂ -Ab. Das GNR-SiO₂ -Ab wurde 2 und 4 Wochen bei 4 °C inkubiert. Die Wellenlänge von 200 bis 1000 nm wurde zu den beiden Zeitpunkten gescannt.

Hounsfield-Einheiten von GNR-SiO₂ -Abmessung

Die wässrige Lösung von GNR-SiO₂ -Ab mit unterschiedlichen Konzentrationen im Bereich von 0,04–4 mg/ml wurde direkt mit einem Philips Brilliance 64 CT-Scanner (Philips Healthcare, Best, Niederlande) nachgewiesen. Die Schwächungswerte wurden von der CT-Bildgebungssoftware erhalten.

Anhang von C. Neoformans zu GNR-SiO₂ -Ab

C. Neoformans Typ A H99-Stamm wurde vom Shanghai Key Laboratory of Molecular Medical Mycology (Shanghai Changzheng Hospital, Second Military Medical University, Shanghai, China) erhalten. Die Pilze durften mit den GNRs und Antikörper-Nanorod-Komplexen 1 h lang inkubieren, bevor sie für die TEM-Analyse vorbereitet wurden. Die Bilder wurden auf einem TEM-Instrument (Tecnai G2 Spirit Biotwin, FEI, USA) aufgenommen, das bei einer Beschleunigungsspannung von 120 kV betrieben wurde.

In-vitro-CT-Scan von Pilz-Antikörper-Nanorod-Komplexen

Die Materialien und Pilze wurden in drei Gruppen eingeteilt, darunter die Pilzgruppe (N), GPR-SiO₂ -Ab-Gruppe (G) und GPR-SiO₂ -Ab-angehängt C. Neoformans Gruppe (D+N). Die Konzentration von GNR-SiO₂ -Die obige wässrige Ab-Lösung war 4 mg/ml. Für die In-vitro-CT-Bildgebung wurden die Lösungen der drei Gruppen in sterilen 1,5-ml-EP-Röhrchen hergestellt. Alle CT-Scans wurden mit dem oben genannten CT-System durchgeführt.

In-vitro-Photothermie-Effekte

C. Neoformans Zellen inkubiert mit und ohne GNR-SiO₂ -Ab wurden 5 Minuten lang einer NIR-Laserbestrahlung (LWIRL 808, Laserwave Ltd., China) mit einer Wellenlänge von 808 nm und einer Intensität von 30 mW (4 W/cm ² .) ausgesetzt ). Bilder wurden auf einem TEM-Instrument (Tecnai G2 Spirit Biotwin, FEI, USA) gesammelt, das bei einer Beschleunigungsspannung von 120 kV betrieben wurde. Nach der Bestrahlung wurden die Zellen 2 h bei 37 °C im Dunkeln inkubiert. C. Neoformans Zellen inkubiert mit und ohne GNR-SiO₂ -Ab wurden als Kontrollgruppen konzipiert. Die Lebensfähigkeit der Zellen wurde bestimmt, indem ein CellTiter-Glo® Lumineszenz-Zelllebensfähigkeitsassay (Promega Corporation, Madison, WI, USA) gemäß den Anweisungen des Herstellers durchgeführt wurde [28]. Dieser spezielle Zelllebensfähigkeitstest war ein homogenes Verfahren, das die Anzahl lebensfähiger Zellen bestimmen konnte. Die Luciferase-katalysierte Reaktion zwischen Luciferin und ATP wurde zur Synthese stoffwechselaktiver Zellen genutzt. Alle Experimente wurden sechsmal wiederholt und ihre Mittelwerte wurden bestimmt.

Statistische Analyse

Alle Analysen wurden mit SPSS Version 13.0 (SPSS, Inc., Chicago, IL, USA) durchgeführt. Die Daten werden als Mittelwert  ± SD ausgedrückt. P ein Wert von weniger als 0,05 wurde verwendet, um die statistische Signifikanz anzuzeigen. Alle in diesem Artikel gezeigten Zahlen wurden aus mehr als drei unabhängigen Experimenten mit ähnlichen Ergebnissen erhalten.

Ergebnisse

Synthese und Charakterisierung von GNR-SiO₂ -Ab

Über eine Methode für silikabeschichtete GNRs mit TEOS als Silikaquelle und APTS als Kupplungsmittel wurde bereits berichtet [30]. Die Form oder Größe von GPRs änderte sich nicht, wenn sie mit Anti-C konjugiert wurden. Neoformans . Abbildung 2 zeigt das TEM-Bild von GNR-SiO₂ -Ab. Diese Nanopartikel sind 18,48 ± 2,39 nm breit und 57,56 ± 4,57 nm lang.

a , b TEM-Aufnahme von GNR-SiO₂ -Ab. Die Nanostäbchen zeigten ein stäbchenähnliches Aussehen. Die Form oder Größe von GPRs änderte sich nicht, wenn sie mit Anti-C konjugiert wurden. Neoformans

Spektroskopische Eigenschaften und Stabilität von GNR-SiO₂ -Ab

Zur photophysikalischen Eigenschaft von GNR-SiO₂ -Ab, Abb. 3 zeigt die Absorptionsspektren von GNR-SiO₂ , GNR-SiO₂ -Ab und Anti-C. Neoformans Antikörper. Das Spektrum von GNR-SiO₂ zeigt, dass GNR-SiO₂ hat zwei Absorptionsbänder, eine schwache transversale Oberflächenplasmonenresonanzwellenlänge (TSPRW) um 520 nm und eine starke longitudinale Oberflächenplasmonenresonanzwellenlänge (LSPRW) um 808 nm. Nach Konjugation mit Antikörpern werden die TSPRW und LSPRW von GNR-SiO₂ -Ab sind 540 bzw. 835 nm. Im Vergleich zwischen dem Spektrum des Antikörpers und GNR-SiO2-Ab weisen beide den gleichen speziellen Peak bei etwa 280 nm auf. Dieses Ergebnis beweist, dass die Anti-C. Neoformans Antikörper wurde erfolgreich mit GNR-SiO₂ . konjugiert . Nach 2 Wochen Inkubation bei 4 °C sind die TSPRW und LSPRW von GNR-SiO₂ -Ab sind 540 bzw. 835 nm. Dieselben Daten wurden nach 4 Wochen beobachtet. Die TSPRW und LSPRW von GNR-SiO₂ -Ab hat sich nach 4 Wochen Inkubation nicht verändert. Es bestätigte die Stabilität von GNR-SiO₂ -Ab.

Absorptionsspektren von:GNR+SiO₂ +Ab (A), GNR+SiO₂ (B) und Anti-C. Neoformans Antikörper (C). Das GNR-SiO₂ hat zwei Absorptionsbänder, eine schwache transversale Oberflächenplasmonenresonanzwellenlänge (TSPRW) um 520 nm und eine starke longitudinale Oberflächenplasmonenresonanzwellenlänge (LSPRW) um 808 nm. Nach Konjugation mit Antikörpern werden die TSPRW und LSPRW von GNR-SiO₂ -Ab sind 540 bzw. 835 nm

Hounsfield-Einheiten von GNR-SiO₂ -Abmessung

Die Hounsfield-Einheiten (Hu) von GNR-SiO₂ -Ab, wie durch ein klinisches CT bewertet. Abbildung 4 zeigt die CT-Bilder im Bereich von 0,04–4 mg/ml GNR-SiO₂ -Ab. Als Konzentration von GNR-SiO₂ -Ab erhöht, die CT-Signalintensität nahm kontinuierlich zu. Wie in Abb. 3 gezeigt, Hu als Funktion von GNR-SiO₂ -Ab-Konzentrationen zeigen eine gut korrelierte lineare Beziehung (R ² = 0,9903), beschrieben durch die folgende typische Gleichung:y = 12.52x + 11.971. Diese Ergebnisse legen nahe, dass GNR-SiO₂ -Ab hat eine potenzielle Anwendung als positives Kontrastmittel für die Röntgen-/CT-Bildgebung.

Hounsfield-Einheiten von GNR-SiO₂ -Ab. a In-vitro-CT-Bilder von GNR-SiO₂ -Ab in PBS suspendiert. Die Konzentration (mg/ml) in jeder Probe ist oben im jeweiligen Bild angegeben. b CT-Abschwächungsdiagramm von GNR-SiO₂ -Ab in verschiedenen Konzentrationen im Bereich von 0,04 bis 4 mg/ml

Anhang von C. Neoformans Zellen zu GNR-SiO₂ -Ab

TEM-Bilder zeigen das morphologische Merkmal von C. Neoformans Zellen und Pilz-Antikörper-Nanostäbchen-Komplexe. Diese Zellen haben einen Durchmesser von 2 bis 20 μm. Abbildung 5a zeigt das TEM-Bild von C. Neoformans Zellen, die von einer Polysaccharidkapsel umgeben sind. Diese Zellen hatten einen Durchmesser von 4–6 μm, ohne Strukturen zu binden. Wie in Abb. 5b gezeigt, ist die C. Neoformans Zellen sind mit viel aggregiertem GNR-SiO₂ . bedeckt -Ab, nach Inkubation mit den Antikörper-Nanostäbchen-Komplexen. Wir inkubierten die Pilzzellen mit GNR-SiO₂ um zu untersuchen, ob GNR-SiO₂ wurde an C angehängt. Neoformans. Unsere Ergebnisse zeigten, dass GNR-SiO₂ wurden verstreut, wie in Abb. 5c gezeigt. Unsere Studie zeigt, dass C. Neoformans Zellen können mit GNR-SiO₂ . konjugieren -Ab selektiv.

TEM-Bilder veranschaulichen die Wechselwirkung zwischen GNR-SiO₂ -Ab und C. Neoformans Zellen. a TEM-Bild von C. Neoformans Zellen. b TEM-Aufnahme von Pilz-Antikörper-Nanostäbchen-Komplexen. c TEM-Bild von C. Neoformans Zellen inkubiert mit GNR-SiO₂

In-vitro-CT-Scan von Pilz-Antikörper-Nanorod-Komplexen

Wir führten eine quantitative Analyse der CT-Signalintensität über das Standardanzeigeprogramm des Herstellers (Philips-Portal, Philips Healthcare, Best, Niederlande) durch. Abbildung 6 zeigt die Röntgendämpfungswerte der drei Gruppen. Die Werte der G+N-Gruppe waren signifikant höher als die der G- und N-Gruppen. Darüber hinaus waren die Röntgenabschwächungswerte der G-Gruppe signifikant höher als die der N-Gruppe. Dieses Ergebnis stimmt mit den Ergebnissen der früheren Literatur überein [31].

a , b In-vitro-CT-Scans verschiedener Gruppen. Die Werte der G+N-Gruppe waren signifikant höher als die der G- und N-Gruppen. Darüber hinaus waren die Röntgendämpfungswerte der G-Gruppe signifikant höher als die der N-Gruppe

In-vitro-Effekte der photothermischen Therapie

Wir haben die Lebensfähigkeit von Zellen bewertet, indem wir einen Zelllebensfähigkeitsassay in einem CellTiter-Glo® Lumineszenz-Instrument durchgeführt haben. Zellen ohne Bestrahlung hatten eine höhere Lebensfähigkeit als NIR-bestrahlte Zellen (P < 0,05). Darüber hinaus war die Lebensfähigkeit von Pilzen höher als die von Zellen, die mit GNR-SiO₂ . verbunden waren -Ab nach NIR-Bestrahlung (P < 0,05). Darüber hinaus hatten Zellen eine höhere Lebensfähigkeit als Pilz-Antikörper-Nanorod-Komplexe (P < 0,05). Abbildung 7 veranschaulicht deutlich die Variation der Lebensfähigkeit von C. Neoformans Zellen mit verschiedenen Behandlungen. Nach der Bestrahlung C. Neoformans Zellen erlitten photothermische Schäden und die normale Struktur der Zellen wurde zerstört. Wie in Abb. 8 gezeigt, zeigten die Zellen ein atrophisches, unregelmäßiges und kollabiertes Erscheinungsbild. Die charakteristische Polysaccharidkapsel wurde beschädigt.

Lebensfähigkeit von Zellen, die unterschiedlich behandelt wurden. Zellen ohne Bestrahlung hatten eine höhere Lebensfähigkeit als NIR-bestrahlte Zellen (P < 0,05). Darüber hinaus war die Lebensfähigkeit von Pilzen höher als die von Zellen, die mit GNR-SiO₂ . verbunden waren -Ab nach NIR-Bestrahlung (P < 0,05). Darüber hinaus hatten Zellen eine höhere Lebensfähigkeit als Pilz-Antikörper-Nanorod-Komplexe (P < 0.05)

a , b TEM-Bilder zeigen photothermische Schäden von C. Neoformans Zellen, die mit GNR-SiO₂ . verbunden waren -Ab. Die Zellen zeigten atrophische, unregelmäßige und kollabierte Erscheinungen. Die charakteristische Polysaccharidkapsel wurde beschädigt

Diskussion

Silica hat viele Vorteile gegenüber Polymer [32]. Die damit verbundenen Herstellungsverfahren sind recht einfach, und die Dicke einer Kieselsäurehülle kann auf die gewünschte Größe und Porosität eingestellt werden. Darüber hinaus ist Siliciumdioxid äußerst stabil und biokompatibel, weist keine Quellung oder Porositätsänderungen bei einer Änderung des pH-Werts auf und ist nicht anfällig für mikrobiellen Angriff. Darüber hinaus lässt sich Silica leicht mit einer Vielzahl von funktionellen Gruppen unter Verwendung von Silanchemie und kommerziell erhältlichen Organosiliciumreagenzien für das Biotargeting modifizieren. Silikabeschichtete GNRs behalten die überlegenen optischen Eigenschaften von GNRs und können ihre thermische Stabilität bei hochenergetischer Bestrahlung verbessern. In unserer Studie wurde es nach Beschichtung mit Kieselsäure und Konjugation mit Anti-C. Neoformans Antikörper, GNRs zeigten beide eine Rotverschiebung des Oberflächenplasmonenresonanzpeaks aufgrund der Erhöhung des Brechungsindex des umgebenden Mediums [32, 33]. Die Ergebnisse zeigten auch, dass die Größe der Probe nach Modifizierung und Konjugation immer größer wird. Diese Daten zeigten, dass wir Goldnanopartikel erfolgreich mit einem Anti-C konjugierten. Neoformans Antikörper. Wir können jedoch nicht ausschließen, dass das GNR-SiO₂ Wunde besitzt eine besondere Fähigkeit, Zellen nach der Bindung mit den Antikörpern zu konjugieren, und wir werden in Zukunft eine weitere Studie durchführen. In dieser Studie haben wir erfolgreich GNR-SiO₂ . angebracht -Ab zur Zellkapsel durch eine einfache Antigen-Antikörper-Reaktion. Darüber hinaus haben wir erfolgreich sichergestellt, dass unsere Komplexe auf Antigene auf der Zellkapsel abzielen.

GNRs haben in den letzten zehn Jahren große Aufmerksamkeit erregt. Hainfeldet al. [34] berichteten zunächst, dass GNRs als Röntgenkontrastmittel verwendet werden können. GNRs bieten mehrere Vorteile gegenüber jodierten Molekülen, einem konditionalen Kontrastmittel. Aufgrund einer hohen Ordnungszahl und Elektronendichte weisen GNRs einen relativ hohen Röntgendämpfungskoeffizienten auf. Die Ordnungszahl und Elektronendichte von Gold (79 und 19,32 g/cm ³ ) sind höher als die von Jod (53 bzw. 4,9 g/cm ³ .) ) [7]. Jod als Röntgenkontrastmittel hat viele schwerwiegende Nebenwirkungen wie Nephrotoxizität und schwere allergische Reaktionen. Allerdings verbleiben GNRs im Körper viel länger als Jodkontrastmittel, sodass genügend Zeit bleibt, um die Bilder zu betrachten. Darüber hinaus können GNRs durch Oberflächenfunktionalisierung mit einer Vielzahl von Molekülen wie Peptiden oder Antikörpern auf Krebszellen, Viren und Bakterien abzielen. Reuveni et al. [31] haben gezeigt, dass verschiedene Arten von Molekülen an die Oberfläche von GNRs angelagert werden können. In dieser Studie nahm die CT-Signalintensität kontinuierlich zu, zusammen mit der erhöhten Konzentration von GNR-SiO₂ -Ab, was zu helleren Bildern führt. GNR-SiO₂ -Ab zeigte ein signifikant positives Potenzial als Kontrastmittel für die Röntgen-/CT-Bildgebung sowie als GNRs. Die Röntgenabsorption von Goldnanostäbchen blieb auch bei Oberflächenmodifikation unbeeinflusst. Diese Daten zeigen, dass die Röntgendämpfungseigenschaften von GNR-SiO₂ -Ab veränderte sich infolge der Oberflächenmodifikation nicht signifikant. Dies stimmt mit Ergebnissen überein, die in der früheren Literatur berichtet wurden [35,36,37]. Die Oberflächenfunktionalisierung ist ein leistungsstarkes Werkzeug, das die passive oder aktive Ausrichtung von GNRs auf eine bestimmte interessierende Stelle ermöglicht. In unserer Studie haben wir erfolgreich GNR-SiO₂ . angebracht -Ab zu den Kapseln von C. Neoformans . Darüber hinaus haben wir festgestellt, ob diese Antikörper-konjugierten Partikel als Nanosonden verwendet werden können, während eine gezielte CT-Bildgebung von C durchgeführt wird. Neoformans Zellen in vitro. Wir beobachteten, dass CT-Bilder von C. Neoformans in PBS dispergierte Zellen schienen den von C abgeleiteten Bildern ziemlich ähnlich zu sein. Neoformans in Wasser dispergierte Zellen. Es ist jedoch schwierig, die Bilder von Pilzen von Weichteilen zu unterscheiden. Ein Antikörper kann eine viel stärkere Aggregation von GNRs induzieren, indem er an die Oberfläche von C bindet. Neoformans Zellen, was zu viel höheren Dämpfungswerten als je zuvor führt. Somit können wir erfolgreich eine unterscheidbare Röntgenabschwächung von Pilzen erreichen. Basierend auf unseren Ergebnissen ist der Nachweis von C. Neoformans durch CT-Bildgebung erreicht werden könnten und neue Möglichkeiten in der Diagnostik eröffnen.

GNRs werden häufig für die photothermische Tumortherapie eingesetzt [22, 38, 39]. Unsere Studie zeigt, dass GNR-SiO₂ -Ab könnte ein selektives Werkzeug sein, um C zu zerstören. Neoformans Zellen. Unsere Ergebnisse bestätigten, dass die Zellmembran von C. Neoformans Zellen erlitten nach der Bestrahlung mit NIR eine irreparable und schwere Zerstörung. Außerdem verringerte sich die Lebensfähigkeit der Zellen im Vergleich zu den unbehandelten Zellen deutlich. Diese Ergebnisse zeigten, dass NIR-Strahlung allein den Tod von C verursacht. Neoformans Zellen. Die Lebensfähigkeit von Zellen, die mit GNR-SiO₂ . inkubiert wurden, -Ab war auch depressiv. In Zellen, die mit GNR-SiO₂ . inkubiert wurden -Ab und NIR-Bestrahlung ausgesetzt, reduzierte sich die Lebensfähigkeit der Zellen im Vergleich zu anderen Gruppen signifikant. Wir stellen sicher, dass das GNR-SiO₂ -Ab konjugierte selektiv mit den Pilzen und verbesserte die Wirkung der NIR-Strahlung. GNR-SiO₂ -Ab hat die Fähigkeit, selektive photothermische Therapieeffekte auf das C zu erzielen. Neoformans Zellen. Der Wirkungsmechanismus wurde bisher nicht beschrieben. Wir spekulieren, dass die Zerstörung der Zellmembran wahrscheinlich durch bestrahlungsinduzierten Zelltod induziert wurde. Normanet al. [18] berichteten, dass die Lebensfähigkeit von Pseudomonas aeruginosa wurde signifikant reduziert, wenn diese Spezies einer Bestrahlung ausgesetzt wurde und an Goldnanostäbchen gebunden wurde, die mit spezifischen Antikörpern kovalent konjugiert waren. Diese Zellen wiesen auch Bereiche mit stark zerstörter Zellmembran mit irreparablen Schäden auf, die durch die Exposition gegenüber NIR-Bestrahlung verursacht wurden. Wenn Nanopartikel NIR-Strahlung ausgesetzt wurden, wurde die Zellmembran aufgrund mehrerer Faktoren beschädigt, darunter Nanopartikelexplosion, Stoßwellen, Blasenbildung und thermischer Zerfall [40].

In dieser Studie wurde der Tod oder die reduzierte Aktivität von C. Neoformans Zellen traten auf, wenn die Zellmembran zerfallen und durch thermische Energie zerstört wurde. Es sollten jedoch weitere Studien durchgeführt werden, um diese Hypothese zu bestätigen. C. Neoformans Zellen werden durch folgende Faktoren geschädigt:lokale Temperaturerhöhung, Nanopartikelexplosion, Stoßwellen, Blasenbildung und thermischer Zerfall, der durch NIR-Strahlung verursacht wird. Insbesondere C. Neoformans Zellen wurden erheblich geschädigt, wenn sie nur NIR-Strahlung ausgesetzt wurden. Es gibt zwei mögliche Gründe zu erklären, wie gezielt GNR-SiO₂ -Ab stimuliert die NIR-Strahlung, indem es die photothermische Zerstörung von C auslöst. Neoformans Zellen. Eine Möglichkeit besteht darin, dass in der Kapsel von C. Neoformans Zellen, das gezielte GNR-SiO₂ -Ab induziert einen lokalisierten Temperaturanstieg. Die zweite Möglichkeit besteht darin, dass aufgrund einer Antigen-Antikörper-Reaktion zwischen GNR-SiO₂ -Ab und die Kapsel von C. Neoformans Zellen kommt es zu strukturellen Veränderungen in der Zellwand und Kapsel. Aufgrund solcher Veränderungen würden Zellen empfindlicher gegenüber einer photothermischen Behandlung sein [41]. Frühere Studien haben die geringe Toxizität der Goldnanostäbchen bestätigt [22, 42, 43], und es sind weitere Studien erforderlich, um die Wirkung der photothermischen Therapie in vivo zu untersuchen. Am bedauerlichsten an unserer Studie ist, dass wir die Belastbarkeit von GNR-SiO₂ . nicht diskutiert haben -Ab. Weitere Untersuchungen werden sich auf die Beziehung zwischen der Beladungskapazität von GNR-SiO₂ . konzentrieren -Ab und der photothermische Effekt.

Schlussfolgerungen

Wir haben erfolgreich GNR-SiO₂ . hergestellt -Ab, das auf C gerichtet war. Neoformans Zellen. Diese spezifischen Antikörper-konjugierten Goldnanostäbchen verstärkten die Röntgendämpfung von C. Neoformans Zellen in CT-Bildern. Unsere Ergebnisse zeigten, dass Immun-GNRs, die durch Antikörper vermittelt wurden, die Wirkung der NIR-induzierten photothermischen Therapie bei C verstärkten. Neoformans Zellen. Darüber hinaus ist GNR-SiO₂ -Ab ermöglichte eine einfache Manipulation und minimal-invasive Verfahren bei der Diagnose und Behandlung von C. Neoformans Infektionen, wobei der Schwerpunkt auf der möglichen klinischen Anwendung dieses Ansatzes liegt.