CKAP4-verknüpfte Silizium-Quantenpunkt-Mizellen: Ein neuartiges zielgerichtetes Bildgebungsmittel für Lungenkrebs

Zusammenfassung

Derzeit wurden verschiedene fluoreszierende Nanomaterialien als optische Kontrastmittel für die chirurgische Navigation entworfen und synthetisiert. Es gibt jedoch keine Berichte über die Herstellung von fluoreszierenden Kontrastmitteln für die Lungenkrebs-Chirurgienavigation unter Verwendung von Silizium-Quantenpunkten (Si QDs). Diese Studie verbesserte und modifizierte die wasserdispergierbaren Si QD-Mizellen, die von Pi et al. berichtet wurden, um Si QD-Mizellen-CKAP4 herzustellen. Die Daten zeigten, dass die Si QD-Mizellen-CKAP4 kugelförmige Partikel mit einem mittleren Hydrodynamischen Durchmesser von etwa 78,8 nm waren. Die UV-sichtbare Absorption der Si QD-Mizellen-CKAP4 reichte von 200 bis 500 nm. Bei einer Anregungswellenlänge von 330 nm wurde in den Fluoreszenz-Emissionsspektren starke Fluoreszenz bei 640 nm beobachtet. Laser-Confocal-Mikroskopie und Fluoreszenzmikroskopie-Assay zeigten, dass die Si QD-Mizellen-CKAP4 eine gute Zielgerichtetheit zu Lungenkrebszellen und Lungenkrebsgewebe in vitro aufwiesen. Der in-vivo Fluoreszenz-Imaging-Assay zeigte, dass die Si QD-Mizellen-CKAP4 von der Leber metabolisiert und über die Niere ausgeschieden wurden. Zusätzlich zielten Si QD-Mizellen-CKAP4 spezifisch auf Lungenkrebsgewebe in vivo im Vergleich zu gesundem Lungengewebe ab. Zytotoxizität und Hämatoxylin-Eosin-Färbung-Assays zeigten, dass die Si QD-Mizellen-CKAP4 eine hohe Biosicherheit in vitro und in vivo aufwiesen. Si QD-Mizellen-CKAP4 ist ein spezifisch zielgerichtetes Bildgebungsmittel für Lungenkrebs und wird voraussichtlich in Zukunft ein fluoreszierendes Kontrastmittel für die Lungenkrebs-Chirurgienavigation sein.

Einleitung

Krebs ist eine der Hauptkrankheiten, die die menschliche Gesundheit weltweit bedroht [1]. Darunter rangieren die Inzidenz und Mortalität von Lungenkrebs unter allen malignen Tumoren am höchsten und zeigen einen jährlich steigenden Trend [2]. Chirurgische Resektion ist die primäre Behandlung für solide Tumoren. Die Methoden zur Differenzierung von malignem Gewebe von gesundem Gewebe sind jedoch hauptsächlich auf taktile und visuelle Hinweise sowie die Erfahrung des Chirurgen beschränkt [3].

In den letzten Jahren ist die fluoreszenzgeführte Chirurgie im Forschungsbereich für Echtzeit-Intraoperativ-Guidance bei Tumorresektion populär geworden [4]. Mit Hilfe eines Fluoreszenz-Kontrastmittels und Fluoreszenz-Imaging-Systems können Chirurgen Echtzeit-Bildführung nutzen, um Primärtumoren zu resezieren und Resttumoren in der Operationshöhle zu identifizieren. Im Vergleich zu traditionellen biomedizinischen Bildgebungsmethoden bietet das Fluoreszenz-Imaging-System mehrere Vorteile, wie das Fehlen ionisierender Strahlung und hohe räumliche Auflösung [3, 5, 6].

Derzeit haben Forscher verschiedene fluoreszierende Nanomaterialien für biologische Bildgebung berichtet [7, 8]. Darunter sind Silizium-Quantenpunkte (Si QDs) im Bereich der biologischen Bildgebung populär geworden [9,10,11]. Es gibt jedoch keine Berichte über die Herstellung von fluoreszierenden Kontrastmitteln für die Lungenkrebs-Chirurgienavigation unter Verwendung von Si QDs.

Im Jahr 2014 berichteten Pi et al. über eine Synthesemethode für neuartige wasserdispergierbare Si QD-Mizellen [12]. Die Studiendaten zeigten, dass Si QD-Mizellen Vorteile einschließlich kontrollierbarer Größe, hoher Fluoreszenz-Quantenausbeute und exzellenter Lichtstabilität aufwiesen [12]. Diese Studie zielt darauf ab, die wasserlöslichen Si QD-Mizellen, die von Pi et al. berichtet wurden, zu verbessern und zu modifizieren, um ein neuartiges fluoreszierendes Kontrastmittel herzustellen, das voraussichtlich als fluoreszierendes Kontrastmittel für die Navigation in der Lungenkrebs-Chirurgie in der Zukunft verwendet werden kann.

Im Jahr 2018 berichteten Yanagita et al., dass CKAP4 im Serum und Krebsgewebe von Lungenkrebspatienten hoch exprimiert ist und als neuer Biomarker für die Früherkennung von Lungenkrebs verwendet werden könnte [13]. Daher könnten CKAP4-Antikörper-konjugierte Si QD-Mizellen ein neuartiges fluoreszierendes Kontrastmittel sein, das als fluoreszierendes Kontrastmittel für die Navigation in der Lungenkrebs-Chirurgie verwendet werden könnte.

In dieser Studie wurde DSPE-PEG-COOH verwendet, um Si QD-Mizellen mit Carboxylgruppen auf ihren Oberflächen herzustellen. Wir konjugierten dann den CKAP4-Antikörper mit Si QD-Mizellen unter Verwendung von EDC. Die Ergebnisse zeigten, dass die Si QD-Mizellen-CKAP4 sich gut in wässriger Lösung dispergierten. Die Si QD-Mizellen-CKAP4 zeigten starke rote Fluoreszenz unter Ultraviolettbestrahlung bei 365 nm. Aufgrund der Antikörperkonjugation zeigten Si QD-Mizellen-CKAP4 eine gute Zielgerichtetheit zu Lungenkrebszellen und -gewebe sowohl in vitro als auch in vivo. Zusätzlich wiesen die Si QD-Mizellen-CKAP4 eine hohe Biosicherheit sowohl in vitro als auch in vivo auf. In dieser Studie bereiteten wir ein potenzielles fluoreszierendes Kontrastmittel für die Navigation in der Lungenkrebs-Chirurgie vor.

Methoden

Reagenzien

Bovines Serumalbumin (BSA) wurde von Sigma gekauft (Assay ≥ 98%; Missouri, USA); Tetrahydrofuran (THF) von Adamas-beta (Reinheit: 99,9%; Basel, Schweiz); DSPE-PEG-COOH von Aladdin (Shanghai, China); CKAP4-Antikörper von Abcam (0,55 mg/mL; Cambridge, UK); Dulbeccos modifiziertes Eagle-Medium (DMEM) und Phosphatpufferlösung (PBS) von Hyclone (Utah, USA); Fetales Kälberserum (FBS) und Trypsin von Gibco (New York, USA); Paraformaldehyd (4%), Immunfärbung-Permeabilisierungspuffer mit Triton X-100 und Blockierpuffer für Immunfärbung von Beyotime (Shanghai, China); Glycerin von Solarbio (Reinheit ≥ 99%; Peking, China); und Trypsin von Kingmorn (0,25%; Shanghai, China).

Instrumentierung

Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) Bilder wurden mit JEM-2100F Elektronenmikroskopie (JEOL, Tokio, Japan) aufgenommen. Hydrodynamischer Durchmesser wurde mit JEM Zetasizer Nano-ZS90 (Malvern Instruments, Malvern, UK) bestimmt. UV-Vis-Absorptionsspektren wurden mit Cary 50 Spektrophotometer (Varian, Palo Alto, CA, USA) erhalten. Fluoreszenz-Emissionsspektrum wurde mit F-182 4500 Spektrophotometer (Hitachi Ltd., Tokio, Japan) erhalten. Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) wurde mit RBD-upgegradetem PHI-5000C ESCA System (Perkin Elmer, Waltham, MA, USA) durchgeführt. Photolumineszenz (PL) Quantenausbeuten (QYs) wurden mit Fluoreszenzspektrometer (FLS1000, Edinburgh Instruments, Livingston, England) geschätzt. Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie (FTIR) wurde mit Thermo IS50 (Thermo Fisher Scientific, Massachusetts, USA) durchgeführt. Röntgenbeugung (XRD) wurde mit SmartLab (Rigaku Corporation, Tokio, Japan) getestet.

Zellen

A549 und 293 T Zelllinien wurden vom Shanghai Institut für Zellbiologie (Shanghai, China) gekauft.

Herstellung von Si QD-Mizellen

Zunächst wurden dodecyl-Si QDs durch eine Hydrosilylierungsreaktion hergestellt und in THF gelöst, um eine dodecyl-Si QDs-Lösung (15 mg/mL) gemäß einer zuvor berichteten Methode [12] vorzubereiten. Dann wurden 20 mg DSPE-PEG-COOH in 10 mL deionisiertem Wasser gelöst und gemischt, um DSPE-PEG-COOH-Lösung (2 mg/mL, 10 mL) vorzubereiten. Anschließend wurde eine dodecyl-Si QDs-Lösung (15 mg/mL, 66 µL) tropfenweise zu einer 10 mL DSPE-PEG-COOH-Lösung hinzugefügt. Nach ultraschallgestützter Agitation für 3 min wurde eine klare und transparente Lösung erhalten. Die Lösung wurde dann in einen Abzug gestellt und 12 h im Dunkeln gerührt. Anschließend wurde die Lösung 24 h dialysiert und dann 3 Tage gefriertrocknet, um die Si QD-Mizellen zu erhalten.

Herstellung von Si QD-Mizellen-CKAP4

In dieser Studie wurde der CKAP4-Antikörper durch Aktivierung der Carboxylgruppe durch EDC mit Si QD-Mizellen konjugiert [14]. Die Methode war wie folgt: 4 mg Si QD-Mizellen wurden in 900 µL PBS dispergiert, um die Si QD-Mizellen-Lösung vorzubereiten. EDC (10 mg) wurde zu 100 µL PBS hinzugefügt, um die EDC-Lösung vorzubereiten. Dann wurden 100 µL EDC-Lösung langsam zu 900 µL Si QD-Mizellen hinzugefügt, mit ultraschallgestützter Agitation für 5 min. Weiterhin wurden 20 µL CKAP4-Antikörper langsam hinzugefügt, und das Lösungsgemisch wurde 2 h bei Raumtemperatur im Dunkeln gerührt. Das Produkt wurde dann bei 4000 rpm für 15 min ultrafiltriert. Nach dem Waschen mit PBS dreimal wurde das Produkt als Si QD-Mizellen-CKAP4 bezeichnet.

Zytotoxizitätstest

In dieser Studie wurde Trypanblau verwendet, um die Biosicherheit der Nanomaterialien zu testen [15]. Die A549 und 293 T Zellen wurden in 24-Well-Platten (1 × 10⁶/Well) bei 37 °C für 12 h inkubiert. Nach Entfernen des Mediums wurden eine Reihe von Konzentrationen von Si QD-Mizellen oder Si QD-Mizellen-CKAP4 (Si-Konzentration: 0-152 µg/mL) zu einer 24-Well-Platte hinzugefügt und bei 37 °C für 2 h inkubiert. Nach Entfernen des Mediums wurden die Zellen gesammelt und zweimal mit PBS gewaschen. Trypanblau wurde mit der Zellsuspension im Verhältnis 1:1 gemischt. Die Anzahl der lebenden und toten Zellen wurde mit Countstar detektiert und aufgezeichnet. Zellviabilität (%) = Anzahl lebender Zellen / (Anzahl lebender Zellen + Anzahl toter Zellen) × 100. Drei biologische Replikate wurden verwendet. Prism Software (Version 7.01; GraphPad Software, San Diego, CA, USA) wurde für statistische Analyse verwendet. Die Daten wurden mit zweiwege ANOVA mit Dunnetts Post-Test analysiert. Statistische Signifikanz wurde bei P < 0,05 gesetzt. *P < 0,05; **P < 0,01; und ***P < 0,001.

Nanomaterialien zielen auf Lungenkrebszellen in vitro ab

Die Zielgerichtetheit von Si QD-Mizellen und Si QD-Mizellen-CKAP4 zu Lungenkrebszellen in vitro wurde wie folgt detektiert: Zunächst wurden A549-Zellen in Laser-Confocal-Schälchen (3 × 10⁵ Zellen/Schälchen) bei 37 °C für 12 h inkubiert. Nach Entfernen des Mediums wurden die Zellen dreimal mit PBS gewaschen. Anschließend wurden 1 mL Paraformaldehyd (4%) zu den Zellen hinzugefügt und bei 25 °C für 10 min inkubiert. Nach Entfernen des Paraformaldehyds wurden die Zellen dreimal mit PBS gewaschen. Als Nächstes wurden 1 mL Immunfärbung-Permeabilisierungspuffer mit Triton X-100 zu den Zellen hinzugefügt und bei 25 °C für 10 min inkubiert. Nach Entfernen des Immunfärbung-Permeabilisierungspuffers mit Triton X-100 wurden die Zellen dreimal mit PBS gewaschen. Anschließend wurden 1 mL Blockierpuffer für Immunfärbung zu den Zellen hinzugefügt und bei 25 °C für 10 min inkubiert. Nach Entfernen des Blockierpuffers für Immunfärbung wurden die Zellen dreimal mit PBS gewaschen. Dann wurden 200 µL Si QD-Mizellen oder Si QD-Mizellen-CKAP4 (Si-Konzentration 150 µg/mL) zu den Zellen hinzugefügt und bei 37 °C für 2 h inkubiert. Nach Entfernen der Nanomaterialien wurden die Zellen dreimal mit PBS gewaschen. Fotografien wurden mit einem Laser-Confocal-Mikroskop (Leica, Wetzlar, Deutschland) aufgenommen. Das Anregungslicht wurde auf 405 nm eingestellt, und die Emissionswellenlänge wurde auf 630 nm eingestellt.

Die Zielgerichtetheit von Si QD-Mizellen und Si QD-Mizellen-CKAP4 zu normalen Zellen in vitro wurde wie folgt detektiert: Zunächst wurden 293 T Zellen in 1,5 mL Eppendorf-Röhrchen bei einer Dichte von 1 × 10⁶ Zellen/Röhrchen gesammelt. Nach Zentrifugation bei 1000 rpm für 5 min wurde der Überstand entfernt. Als Nächstes wurden 1 mL Paraformaldehyd (4%) zu den Zellen hinzugefügt und bei Raumtemperatur für 10 min inkubiert. Nach Zentrifugation bei 1000 rpm für 5 min wurde der Überstand entfernt. Die Zellen wurden dann dreimal mit PBS gewaschen. Dann wurden 1 mL Immunfärbung-Permeabilisierungspuffer mit Triton X-100 zu den Zellen hinzugefügt und bei 25 °C für 10 min inkubiert. Die Zellen wurden dann bei 1000 rpm für 5 min zentrifugiert. Nach Entfernen des Überstands wurden die Zellen dreimal mit PBS gewaschen. Dann wurden 1 mL Blockierpuffer für Immunfärbung zu den Zellen hinzugefügt und bei 25 °C für 10 min inkubiert. Die Zellen wurden dann bei 1000 rpm für 5 min zentrifugiert. Nach Entfernen des Überstands wurden die Zellen dreimal mit PBS gewaschen. Anschließend wurden 200 µL Si QD-Mizellen oder Si QD-Mizellen-CKAP4 (Si-Konzentration 150 µg/mL) zu den Zellen hinzugefügt und bei 37 °C für 2 h inkubiert. Nach Zentrifugation bei 1000 rpm für 5 min wurde der Überstand entfernt und der Sediment dreimal mit PBS gewaschen. Die Zellen wurden geerntet und Mikroskoppräparate hergestellt. Mikroskopie wurde mit einem Laser-Confocal-Mikroskop durchgeführt. Das Anregungslicht wurde auf 405 nm eingestellt, und die Emissionswellenlänge wurde auf 630 nm eingestellt.

Drei unabhängige Experimente wurden durchgeführt. Quantitative Analyse der mittleren Fluoreszenzintensität wurde mit ImageJ Software (Bethesda, MD, USA) durchgeführt. Prism Software (Version 7.01) wurde für statistische Analyse verwendet. Die Daten wurden mit einweg ANOVA mit Dunnetts Post-Test analysiert. Statistische Signifikanz wurde bei P < 0,05 gesetzt. ***P < 0,001.

Tumortragende Mäuse-Modell

Zehn männliche Nacktmäuse (5-6 Wochen alt) wurden von Shanghai SLAC Laboratory Animal Co., Ltd. (Shanghai, China) gekauft. Alle Mäuse wurden unter spezifisch pathogenfreien (SPF) Bedingungen im Experimentellen Tierzentrum der Tongji-Universität (Shanghai, China) gehalten. Um das tumortragende Mausmodell herzustellen, wurden Mäuse subkutan mit 1 × 10⁶ A549-Zellen injiziert. Tumortragende Mäuse wurden im Experiment verwendet, als der Tumordurchmesser 6 mm erreichte. Alle Mäuseexperimente wurden gemäß institutionellen Richtlinien durchgeführt und vom Institutional Animal Use and Care Committee der Tongji-Universität genehmigt.

Si QD-Mizellen-CKAP4 Zielgerichtetheit zu Lungenkrebsgewebe in vitro

Tumortragende Mäuse wurden unter Anästhesie geopfert. Der Tumor und normales Lungengewebe wurden gesammelt, um Paraffinschnitte herzustellen. Nach Dehydrierung, Antigen-Retrieval und Serum-Blockierung wurden Si QD-Mizellen oder Si QD-Mizellen-CKAP4 (Si-Konzentration 150 µg/mL) zu den Geweben hinzugefügt und bei 37 °C für 2 h inkubiert. Nach Entfernen der Nanomaterialien wurden die Gewebe dreimal mit PBS gewaschen. Die Gewebe wurden mit 4',6-Diamidino-2-phenylindol (DAPI) für 10 min gefärbt. Nach dreimaligem Waschen mit PBS wurde ein Antifading-Medium zu den Geweben hinzugefügt und bei 25 °C für 5 min inkubiert. Nach Entfernen des Antifading-Mediums wurden die Gewebe dreimal mit PBS gewaschen. Fotografien wurden mit einem Fluoreszenzmikroskop (Nikon, Tokio, Japan) mit einer Anregungswellenlänge von 405 nm und einer Emissionswellenlänge von 630 nm aufgenommen. Drei unabhängige Experimente wurden durchgeführt. Eine quantitative Analyse der mittleren roten Fluoreszenzintensität wurde mit ImageJ Software durchgeführt. Prism Software (Version 7.01) wurde für statistische Analyse verwendet. Die Daten wurden mit einweg ANOVA mit Dunnetts Post-Test analysiert. Statistische Signifikanz wurde bei P < 0,05 gesetzt. ***P < 0,001.

Fluoreszenz-Imaging In Vivo

Im Experiment wurden neun tumortragende Mäuse in drei Gruppen aufgeteilt (Si QD-Mizellen-CKAP4 Injektionsgruppe, Si QD-Mizellen Injektionsgruppe und Kochsalzlösung Injektionsgruppe). Mäuse in der Si QD-Mizellen-CKAP4 Injektionsgruppe wurden intravenös mit 200 µL Si QD-Mizellen-CKAP4 (Si: 4 mg/kg) injiziert. Mäuse in der Si QD-Mizellen Injektionsgruppe wurden intravenös mit 200 µL Si QD-Mizellen (Si: 4 mg/kg) injiziert. Mäuse in der Kochsalzlösung Injektionsgruppe wurden intravenös mit 200 µL Kochsalzlösung injiziert. Fluoreszenzbilder wurden zu verschiedenen Zeitpunkten (0, 0,25, 0,5, 1, 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5 und 4 h) aufgenommen. Die Mäuse in der Si QD-Mizellen-CKAP4 Injektionsgruppe wurden bei 4 h anästhesiert und euthanasiert, um das Fluoreszenzsignal in ihrem Herz, Leber, Milz, Lunge, Niere und Tumor zu detektieren. In dieser Studie wurde Fluoreszenz-Imaging mit einem VISQUE Invivo Smart-LF (VIEWORKS, Gyeonggi-do, Korea) mit einem PE-Filterset (λ_excitation 450-500 nm, λ_emission 600-650 nm) durchgeführt. Prism Software (Version 7.01) wurde für statistische Analyse verwendet. Daten wurden mit einweg ANOVA mit Dunnetts Post-Test analysiert. Statistische Signifikanz wurde bei P < 0,05 gesetzt. *P < 0,05; **P < 0,01.

Hämatoxylin und Eosin (H&E) Färbung

In dieser Studie wurden 12 tumortragende Mäuse mit Kochsalzlösung (200 µL), Si QD-Mizellen (Si: 4 mg/kg, 200 µL) oder Si QD-Mizellen-CKAP4 (Si: 4 mg/kg, 200 µL) über den Schwanzveneninjiziert. Nach 24 h wurden die Mäuse euthanasiert. H&E-Färbung wurde an ihren Herzen, Lebern, Milzen, Lungen und Nieren durchgeführt. Pathologische Veränderungen wurden durch optische Mikroskopie beobachtet [14, 16].

Ergebnisse

Herstellung und Charakterisierung von Si QD-Mizellen

Zunächst wurden dodecyl-Si QDs durch Hydrosilylierung gemäß einem zuvor veröffentlichten Bericht hergestellt (Schema 1, Schritt 1) [12]. Ähnlich den berichteten Daten dispergierten die von unserer Gruppe synthetisierten dodecyl-Si QDs gut in Methylbenzol [12]. TEM zeigte, dass die dodecyl-Si QDs kugelförmig mit relativ gleichmäßigen Größen waren. Die Größen der dodecyl-Si QDs in den TEM-Bildern wurden mit ImageJ Software gemessen. Die Daten zeigten, dass der Durchmesser der dodecyl-Si QDs von 4,1 bis 5,3 nm reichte, mit einem durchschnittlichen Durchmesser von etwa 4,7 nm (Abb. 1a). In den vergrößerten Bildern der dodecyl-Si QDs können deutliche Gitterstreifen beobachtet werden (Abb. 1a). In dieser Studie wurde der Ebenenabstand des Gitters mit der ImageJ Software gemessen. Die Daten zeigten, dass der durchschnittliche Abstand zwischen Gitterstreifen etwa 0,35 nm beträgt, was fast dem der zuvor berichteten dodecyl-Si QDs (0,34 nm) entspricht. Daher zeigten die in dieser Studie synthetisierten dodecyl-Si QDs gute Kristallinität [12]. Dynamische Lichtstreuung (DLS) zeigte, dass die hydrodynamischen Durchmesser der dodecyl-Si QDs von 4,8 bis 13,5 nm reichten mit einem Durchschnitt von 6,5 nm (Abb. 1b).

Schematische Darstellung der Si QD-Mizellen-CKAP4 Herstellung und gezielten biologischen Bildgebung in Lungenkrebsgeweben

a TEM-Bilder von dodecyl-Si QDs; b Hydrodynamischer Durchmesserverteilung von dodecyl-Si QDs; c TEM-Bilder von Si QD-Mizellen; d Hydrodynamischer Durchmesserverteilung von Si QD-Mizellen; e TEM-Bilder von Si QD-Mizellen-CKAP4; f Hydrodynamischer Durchmesserverteilung von Si QD-Mizellen-CKAP4; g C1s Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) Spektren von Si QD-Mizellen; h C1s XPS-Spektren von Si QD-Mizellen-CKAP4

Um wasserdispergierbare Si QD-Mizellen herzustellen, wurden dodecyl-Si QDs durch Selbstassemblierung von DSPE-PEG-COOH modifiziert (Schema 1, Schritt 2) [12]. Hier wurde DSPE-PEG-COOH anstelle von F127 verwendet, um Si QD-Mizellen mit Carboxylgruppen auf der Oberfläche herzustellen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Si QD-Mizellen sich gut in Wasser dispergierten. TEM-Bilder zeigten, dass die Si QD-Mizellen kugelförmige Partikel mit eingebetteten Si QDs waren. Der Durchmesser der Si QD-Mizellen reichte von 22,7 bis 54,6 nm, mit einem durchschnittlichen Durchmesser von etwa 34,3 nm (Abb. 1c). DLS zeigte, dass die hydrodynamischen Durchmesser der Si QD-Mizellen von 43,8 bis 615,9 nm reichten, mit einem Durchschnitt von 58,7 nm (Abb. 1d). Der durchschnittliche Zeta-Potenzial der Si QD-Mizellen betrug etwa -20,7 mV. In dieser Studie wurde FTIR durchgeführt, um die Zusammensetzung der Si QD-Mizellen zu untersuchen (Zusatzdatei 1: Abb. S1A). Die Daten zeigten, dass die Streckschwingungsabsorptionspeaks von N-H, C-H, O-H und C=O bei 3430, 2920, 2850 und 1640 cm⁻¹ lagen; die Biegungsschwingungsabsorptionspeaks von C-H und O-H bei 1460 und 1400 cm⁻¹; die Streckschwingungsabsorptionspeaks von Si-C, C-O und P-O-C bei 1250, 1100 und 951 cm⁻¹; die Biegungsschwingungsabsorptionspeaks von Si-H und O=C-N bei 850 und 526 cm⁻¹. Diese Daten zeigen, dass die charakteristischen Gruppen von DSPE-PEG-COOH (wie N-H, O-H, C=O, C-O, P-O-C und O=C-N) und die charakteristischen Gruppen von dodecyl-Si QDs (wie Si-C und Si-H) im FTIR-Spektrum der Si QD-Mizellen gefunden werden konnten, was anzeigt, dass dodecyl-Si QDs erfolgreich in Mizellen, die sich durch DSPE-PEG-COOH selbstassemblierten, eingekapselt wurden. Zusätzlich wurden die Si QD-Mizellen durch XRD charakterisiert (Zusatzdatei 1: Abb. S1B). Der Beugungspeak der Si QD-Mizellen war scharf, was anzeigt, dass die Kristallinität der Si QD-Mizellen gut war. Im XRD-Muster entsprechen Peaks bei 2θ von 27,073, 28,451, 56,598 und 73,145 den (100), (002), (112) und (203) Kristallebenen von Silizium (PDF # 80-0005), was anzeigt, dass die Si QDs erfolgreich in den Si QD-Mizellen eingekapselt waren. Die Peaks bei 2θ von 31,692, 45,431, 66,200, 75,260 und 83,955 entsprechen den (200), (220), (400), (420) und (422) Kristallebenen von NaCl (PDF # 77-2064). Eine rationale Erklärung für das Vorhandensein von NaCl in den Si QD-Mizellen könnte wie folgt sein: Nach der Si QD-Mizellen-Herstellung lösten wir Si QD-Mizellen in PBS auf, was zum Vorhandensein von NaCl in den Si QD-Mizellen führte.

Das UV-sichtbare Absorptionsspektrum zeigte, dass die Absorption der Si QD-Mizellen von 200 bis 500 nm reichte (Abb. 2a). Bei einer Anregungswellenlänge von 330 nm wurde in den Fluoreszenz-Emissionsspektren der Si QD-Mizellen starke Fluoreszenz bei 650 nm beobachtet (Abb. 2b). Die Si QD-Mizellen-wässrige Lösung (Si-Konzentration: 80 µg/mL) war im natürlichen Licht transparent und klar; emittierte jedoch starke rote Fluoreszenz unter 365 nm UV-Licht (Abb. 2c). In dieser Studie wurden die absoluten PL QYs mit einem Fluoreszenzspektrometer (FLS1000) getestet. Die Anregungswellenlänge war 365 nm. Die Daten zeigten, dass die absolute PL QY der Si QD-Mizellen etwa 14,49% betrug.

a UV-sichtbares Absorptionsspektrum von Si QD-Mizellen und Si QD-Mizellen-CKAP4; b Fluoreszenz-Emissionsspektrum von Si QD-Mizellen und Si QD-Mizellen-CKAP4; c Bilder von Si QD-Mizellen und Si QD-Mizellen-CKAP4 im natürlichen Licht (links) und 365 nm UV-Licht (rechts)

Herstellung und Charakterisierung von Si QD-Mizellen-CKAP4

Wir konjugierten den CKAP4-Antikörper mit Si QD-Mizellen unter Verwendung von EDC (Schema 1, Schritt 3) [14]. TEM-Bilder zeigten, dass die Si QD-Mizellen-CKAP4 kugelförmige Partikel mit eingebetteten Si QDs waren. Der Durchmesser der Si QD-Mizellen-CKAP4 reichte von 24,4 bis 67,7 nm, mit einem durchschnittlichen Durchmesser von etwa 35,5 nm (Abb. 1e). DLS zeigte, dass die hydrodynamischen Durchmesser der Si QD-Mizellen-CKAP4 von 58,7 bis 824,9 nm reichten mit einem Durchschnitt von 78,8 nm, was etwas größer war als das von Si QD-Mizellen (Abb. 1f). Diese Zunahme könnte auf die Konjugation des CKAP4-Antikörpers zurückzuführen sein. Die C1s XPS-Spektren zeigten sechs Arten von Kohlenstoffatomen im C1s-Bereich: C(O)O (288,81 eV), C=O (286,5 eV), C-O (285,76 eV), C-N (285,25 eV), C-C (284,88 eV) und C-H (284,34 eV) (Abb. 1g). Der Peak von C(O)O verschwand jedoch fast in den XPS-Spektren der Si QD-Mizellen-CKAP4, was anzeigt, dass die Konjugation zwischen den Carboxylgruppen und primären Aminen erfolgreich war; daher wurde der CKAP4-Antikörper erfolgreich mit den Si QD-Mizellen konjugiert (Abb. 1h). Der durchschnittliche Zeta-Potenzial der Si QD-Mizellen-CKAP4 betrug etwa -10,7 mV, höher als das der Si QD-Mizellen. Die Erklärung für das obige Phänomen könnte wie folgt sein: Es gibt viele Carboxylgruppen auf der Oberfläche der Si QD-Mizellen; daher wiesen Si QD-Mizellen starke negative Elektrizität auf. In den Si QD-Mizellen-CKAP4 führte die Kopplung des CKAP4-Antikörpers zur Verringerung der Carboxylgruppen auf der Oberfläche der Si QD-Mizellen-CKAP4; daher stieg der durchschnittliche Zeta-Potenzial der Si QD-Mizellen-CKAP4 an.

Das UV-sichtbare Absorptionsspektrum zeigte, dass die Absorption der Si QD-Mizellen-CKAP4 von 200 bis 500 nm reichte, ähnlich dem Ergebnis der Si QD-Mizellen (Abb. 2a). Bei einer Anregungswellenlänge von 330 nm wurde von Si QD-Mizellen-CKAP4 in den Fluoreszenz-Emissionsspektren starke Fluoreszenz bei 640 nm beobachtet (Abb. 2b). Diese Ergebnisse zeigten, dass die Antikörperkonjugation keinen signifikanten Einfluss auf die Fluoreszenzeigenschaften der Si QD-Mizellen-CKAP4 ausübte. Die Si QD-Mizellen-CKAP4 wässrige Lösung (Si-Konzentration: 80 µg/mL) war im natürlichen Licht transparent und klar. Unter 365 nm UV-Licht konnte sie starke rote Fluoreszenz emittieren, konsistent mit den Ergebnissen der Si QD-Mizellen (Abb. 2c). PL QY-Tests zeigten, dass die absolute PL QY der Si QD-Mizellen-CKAP4 etwa 16,96% betrug.

Zytotoxizitätstest von Si QD-Mizellen-CKAP4 In Vitro

Die menschliche Lungenkrebszelllinie A549 und die menschliche Nierenepithelzelllinie 293 T wurden als Zielzellen verwendet, um die Biosicherheit von Si QD-Mizellen und Si QD-Mizellen-CKAP4 zu untersuchen. In dieser Studie wurden verschiedene Konzentrationen von Si QD-Mizellen und Si QD-Mizellen-CKAP4 (Si-Konzentration 0, 2,375, 4,75, 9,5, 19, 38, 76 und 152 µg/mL) zuerst mit A549 oder 293 T Zellen bei 37 °C für 2 h inkubiert. Die Zellviabilität wurde mit Trypanblau detektiert (Abb. 3) [15]. Der ID50 von Si QD-Mizellen und Si QD-Mizellen-CKAP4 wurde mit der GraphPad Software ermittelt. Die Daten zeigten, dass der ID50 von Si QD-Mizellen in A549 und 293 T Zellen größer als 152 µg/mL war. Der ID50 von Si QD-Mizellen-CKAP4 betrug 25,94 µg/mL in A549-Zellen und 72,69 µg/mL in 293 T-Zellen. Diese Ergebnisse zeigten, dass die Zytotoxizität von Si QD-Mizellen-CKAP4 signifikant höher war als die von Si QD-Mizellen und die Zytotoxizität von Si QD-Mizellen-CKAP4 in A549-Zellen signifikant höher war als die in 293 T-Zellen. Dieses Phänomen könnte auf komplementabhängige Zytotoxizität zurückzuführen sein [17]. Zusätzlich zeigten diese Ergebnisse auch, dass Si QD-Mizellen-CKAP4 eine höhere biologische Sicherheit in normalen Zellen als in Lungenkrebszellen aufwies, was eine Grundlage für seine Anwendung in vivo legte.

Zellviabilität von A549 a und 293 T b inkubiert mit verschiedenen Konzentrationen von Si QD-Mizellen und Si QD-Mizellen-CKAP4 (Si-Konzentration: 0, 2,375, 4,75, 9,5, 19, 38, 76 und 152 µg/mL) für 2 h (n = 3; Mittelwert ± SD; zweiwege ANOVA mit Dunnetts Post-Test; *P < 0,05; **P < 0,01; und ***P < 0,001)

Si QD-Mizellen-CKAP4 Zielgerichtetheit zu Lungenkrebszellen In Vitro

Um die Zielgerichtetheit von Si QD-Mizellen-CKAP4 in Lungenkrebszellen in vitro weiter zu untersuchen, wurden A549 und 293 T Zellen als Zielzellen verwendet. Si QD-Mizellen und Si QD-Mizellen-CKAP4 wurden zuerst mit A549 und 293 T Zellen bei 37 °C für 2 h inkubiert. Der Zielgerichtetheitseffekt wurde mit Laser-Confocal-Mikroskopie detektiert (Abb. 4). Die Ergebnisse zeigten, dass die rote Fluoreszenz in den Si QD-Mizellen-CKAP4 inkubierten A549 signifikant höher war als die der Si QD-Mizellen-CKAP4 und 293 T Ko-Inkubationsgruppe, Si QD-Mizellen und A549 Ko-Inkubationsgruppe und Si QD-Mizellen und 293 T Ko-Inkubationsgruppe. Diese Ergebnisse zeigten, dass die Si QD-Mizellen-CKAP4 spezifisch A549-Zellen in vitro ansprechen konnten.

Detektion der Fähigkeit von Si QD-Mizellen-CKAP4, A549-Zellen in vitro anzusprechen. a A549 und 293 T wurden mit Si QD-Mizellen-CKAP4 und Si QD-Mizellen (Si-Konzentration 150 µg/ml) bei 37 °C für 2 h inkubiert. Nach Entfernen des Überstands und zweifachem Waschen wurden die Zellen mit konfokalem Laserscanning-Mikroskop abgebildet (Balken, 25 µm). b Quantitative Analyse der mittleren Fluoreszenzintensität wurde mit ImageJ gemessen (n = 3; Mittelwert ± SD; einweg ANOVA mit Dunnetts Post-Test; ***P < 0,001)

Si QD-Mizellen-CKAP4 Zielgerichtetheit zu Lungenkrebsgewebe In Vitro

Um die Möglichkeit der Si QD-Mizellen-CKAP4 Zielgerichtetheit zu Lungenkrebsgewebe zu erforschen, entwarfen wir ein In-vitro-Experiment, um die Zielgerichtetheit von Si QD-Mizellen-CKAP4 zu A549-Gewebe zu verifizieren. In dieser Studie wurden A549-Zellen subkutan in die Mäuse injiziert. Nach Tumorentstehung wurden A549-Tumorgewebe und normale Lungengewebe gesammelt und mit Si QD-Mizellen und Si QD-Mizellen-CKAP4 bei 37 °C für 2 h inkubiert. Der Zielgerichtetheitseffekt wurde mit Laser-Confocal-Mikroskopie detektiert (Abb. 5). Die Ergebnisse zeigten, dass Si QD-Mizellen-CKAP4-inkubiertes A549-Gewebe starke rote Fluoreszenz bei einer Anregungswellenlänge von 405 nm emittieren konnte. Jedoch wurde nur schwache rote Fluoreszenz in Si QD-Mizellen-inkubierten A549-Geweben, Si QD-Mizellen-CKAP4 inkubiertem normalem Lungengewebe und Si QD-Mizellen-inkubiertem normalem Lungengewebe beobachtet. Die rote Fluoreszenz in dem Si QD-Mizellen-CKAP4 inkubierten A549-Gewebe war signifikant höher als die von Si QD-Mizellen-inkubierten A549-Geweben, Si QD-Mizellen-CKAP4 inkubiertem normalem Lungengewebe und Si QD-Mizellen-inkubiertem normalem Lungengewebe. Diese Daten zeigen an, dass die Si QD-Mizellen-CKAP4 effektiv Lungenkrebsgewebe in vitro ansprechen konnte, was als potenzielles fluoreszierendes Kontrastmittel für Lungenkrebs angesehen wird.

Detektion der Fähigkeit von Si QD-Mizellen-CKAP4, A549-Gewebe in vitro anzusprechen. a A549-Gewebe und normales Lungengewebe wurden mit Si QD-Mizellen-CKAP4 und Si QD-Mizellen (Si-Konzentration: 150 µg/ml) bei 37 °C für 2 h kultiviert. Nach zweifachem Waschen wurden Gewebe mit DAPI gefärbt, um den Zellkern zu visualisieren. Gewebe wurden mit konfokalem Laserscanning-Mikroskop abgebildet (Balken, 200 µm). b Quantitative Analyse der mittleren roten Fluoreszenzintensität wurde mit ImageJ gemessen (n = 3; Mittelwert ± SD; einweg ANOVA mit Dunnetts Post-Test; ***P < 0,001)

Fluoreszenz-Imaging In Vivo

Neun tumortragende Mäuse wurden in drei Gruppen aufgeteilt (Si QD-Mizellen-CKAP4 Injektionsgruppe, Si QD-Mizellen Injektionsgruppe und Kochsalzlösung Injektionsgruppe). Mäuse in der Si QD-Mizellen-CKAP4 Injektionsgruppe wurden intravenös mit 200 µL Si QD-Mizellen-CKAP4 (Si: 4 mg/kg) injiziert. Mäuse in der Si QD-Mizellen Injektionsgruppe wurden intravenös mit 200 µL Si QD-Mizellen (Si: 4 mg/kg) injiziert. Mäuse in der Kochsalzlösung Injektionsgruppe wurden intravenös mit 200 µL Kochsalzlösung injiziert. Fluoreszenzbilder wurden zu verschiedenen Zeitpunkten (0, 0,25, 0,5, 1, 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5 und 4 h) aufgenommen. Signifikante Fluoreszenzsignale wurden in Lungenkrebsgeweben unter allen Mäusen in den drei Gruppen nicht beobachtet (Daten nicht gezeigt). Dies könnte auf die schwache Fluoreszenzpenetration der Si QD-Mizellen-CKAP4 und Si QD-Mizellen zurückzuführen sein.

Die Mäuse in der Si QD-Mizellen-CKAP4 Injektionsgruppe wurden bei 4 h anästhesiert und euthanasiert, um das Fluoreszenzsignal in ihrem Herz, Leber, Milz, Lunge, Niere und Tumor zu detektieren. Die Daten zeigten, dass ein signifikantes Fluoreszenzsignal in Leber, Niere und Tumorgeweben beobachtet werden konnte. Es gab jedoch kein signifikantes Fluoreszenzsignal in Herz, Milz oder gesunden Lungengeweben (Abb. 6). Das signifikante Fluoreszenzsignal in Leber und Niere zeigte an, dass die Si QD-Mizellen-CKAP4 von der Leber metabolisiert und über die Niere ausgeschieden wurden. Zusätzlich war das Fluoreszenzsignal in A549-Tumorgeweben signifikant höher als das in gesunden Lungengeweben. Dieses Phänomen trug zur Zielgerichtetheit der Si QD-Mizellen-CKAP4 zu Lungenkrebsgeweben bei. Diese Ergebnisse zeigen an, dass Si QD-Mizellen-CKAP4 spezifisch Lungenkrebsgewebe anspricht, was voraussichtlich in Zukunft ein fluoreszierendes Kontrastmittel für die Lungenkrebs-Chirurgienavigation sein wird.

a Helles Foto von Herz, Leber, Milz, Lunge, Niere und Tumor in Si QD-Mizellen-CKAP4 injizierten Mäusen. b Fluoreszenzfoto von Herz, Leber, Milz, Lunge, Niere und Tumor in Si QD-Mizellen-CKAP4 injizierten Mäusen. c Relative Fluoreszenzintensitäten von Herz, Leber, Milz, Lunge, Niere und Tumorgewebe (n = 3; Mittelwert ± SD; einweg ANOVA mit Dunnetts Post-Test; *P < 0,05; **P < 0,01)

Biosicherheitsbewertung von Si QD-Mizellen-CKAP4 In Vivo

Schließlich untersuchten wir die akute Toxizität der Si QD-Mizellen-CKAP4 in vivo. In dieser Studie wurden tumortragende Mäuse (n = 12) intravenös mit Kochsalzlösung (200 µL), Si QD-Mizellen (Si: 4 mg/kg, 200 µL) oder Si QD-Mizellen-CKAP4 (Si: 4 mg/kg, 200 µL) injiziert und dann 24 h später euthanasiert. H&E-Färbungsbilder von Herz, Leber, Milz, Lungen und Nieren sind in Abb. 7 gezeigt. Im Vergleich zu kochsalzinjizierten Mäusen gab es keine offensichtlichen pathologischen Veränderungen in den Hauptorganen von Si QD-Mizellen-injizierten Mäusen und Si QD-Mizellen-CKAP4-injizierten Mäusen. Die obigen Daten zeigten an, dass Si QD-Mizellen (Si: 4 mg/kg) und Si QD-Mizellen-CKAP4 (Si: 4 mg/kg) keine signifikante Toxizität in vivo aufwiesen.

H&E-Färbungsbilder von Herz, Leber, Milz, Lungen und Nieren in tumortragenden Mäusen, injiziert mit Kochsalzlösung, Si QD-Mizellen (Si: 4 mg/kg) und Si QD-Mizellen-CKAP4 (Si: 4 mg/kg) für 24 h (Vergrößerung: 200×)

Diskussion

Derzeit wurden verschiedene fluoreszierende Nanomaterialien als optische Kontrastmittel für die chirurgische Navigation entworfen und synthetisiert [3, 4]. Im Jahr 2020 bereiteten On et al. Fluorophor [Indocyaningrün (ICG) oder Cyanin 5.5 (Cy5.5)]-konjugierte Glycol-Chitosan-Nanopartikel (CNPs) als fluoreszierendes Kontrastmittel in der Lungenkrebs-Chirurgienavigation vor [18]. Es gibt jedoch keine Berichte über die Herstellung von fluoreszierenden Kontrastmitteln für die Lungenkrebs-Chirurgienavigation unter Verwendung von Si QDs.

Diese Studie synthetisierte erfolgreich Si QD-Mizellen-CKAP4, die die Bildgebung von Lungenkrebsgeweben ansprechen konnten. Si QD-Mizellen-CKAP4 wird voraussichtlich in Zukunft als optisches Kontrastmittel für die Navigation in der Lungenkrebs-Chirurgie verwendet. Die Vorteile von Si QD-Mizellen-CKAP4 sind wie folgt: (1) Wir synthetisierten erstmals ein fluoreszierendes Kontrastmittel für die Lungenkrebs-Chirurgienavigation unter Verwendung von Si QDs, was den Werkzeugkasten der Lungenkrebs-Chirurgienavigation-Bibliothek erweitert. (2) Diese Studie optimierte die von Pi et al. berichteten wasserdispergierbaren Si QD-Mizellen, um den Si QD-Mizellen Zielgerichtetheit hinzuzufügen [12]. Dies bietet eine neue Möglichkeit für die Anwendung von Si QDs im biomedizinischen Bereich. (3) Das Prinzip der Si QD-Mizellen-CKAP4 Zielgerichtetheit zu Lungenkrebs basiert auf der hohen Expression von CKAP4-Protein in Lungenkrebsgewebe. Aufgrund der Konjugation des CKAP4-Antikörpers konnten Si QD-Mizellen-CKAP4 aktiv Lungenkrebsgewebe ansprechen. Im Vergleich zu Nanomaterialien, die Tumoren passiv über den EPR-Effekt ansprechen, zeigten Si QD-Mizellen-CKAP4 stärkere Spezifität für Lungenkrebsgewebe. (4) Si QD-Mizellen-CKAP4 zeigten selektive Toxizität gegenüber Tumorzellen in einem bestimmten Konzentrationsbereich. Daher zeigten Si QD-Mizellen-CKAP4 hohe biologische Sicherheit im Bereich rationaler Arzneimittelkonzentrationen, was ihr potenzielles klinisches Anwendungswert demonstrierte.

In dieser Studie zeigten PL QY-Tests, dass die absolute PL QY der Si QD-Mizellen etwa 14,49% betrug und die absolute PL QY der Si QD-Mizellen-CKAP4 etwa 16,96%. Eine Studie von Pi et al. zeigte, dass die PL QY von dodecyl-Si QDs etwa 26% betrug, was sehr hoch für Si QDs war, die rotes Licht mit einem PL-Peak bei weniger als 700 nm emittieren [12, 19, 20]. Die PL QY der Si QD-Mizellen in dieser Studie betrug jedoch etwa 14,49%, was niedriger war als die von dodecyl-Si QDs. Dies könnte auf die während des Emulsionsprozesses eingeführten Oberflächendefekte zurückzuführen sein, was fast konsistent mit der Abnahme der PL QY in Si-QD-Mizellen (dodecyl-passivierte Si QDs wurden in den durch F127 selbstassemblierten Mizellen in der Emulsion eingekapselt) in der von Pi et al. berichteten Studie war [12, 21]. In dieser Studie betrug die PL QY der Si QD-Mizellen-CKAP4 etwa 16,96%, was etwas höher war als die der Si QD-Mizellen (14,49%). Dies könnte daran liegen, dass in den Si QD-Mizellen-CKAP4 die Kopplung des CKAP4-Antikörpers einige Oberflächendefekte der Si QD-Mizellen reparierte, was zu einer leichten Erhöhung der PL QY führte.

Wie wir alle wissen, gibt es eine Herausforderung in Si QDs biologischen Bildgebungsanwendungen: Obwohl Si wenig Zytotoxizität aufweist, können Si-Partikel Zytotoxizität zeigen, wenn die Größe auf ein bestimmtes Maß abnimmt. In dieser Studie zeigten Zytotoxizitätstests, dass Si QD-Mizellen-CKAP4 selektive Zytotoxizität gegenüber Lungenkrebszellen bei 9,5-19 µg/mL aufwies. Daher war die Zytotoxizität von Si QD-Mizellen-CKAP4 zu normalen Zellen als Ergebnis der CKAP4-Antikörperkonjugation signifikant geringer als die zu Lungenkrebszellen, was eine leistungsstarke Bedingung für die biologische Anwendung von Si QD-Mizellen-CKAP4 bot.

In dieser Studie wurden die menschliche Lungenkrebszelllinie A549 und die menschliche Nierenepithelzelllinie 293 T als Zielzellen verwendet, um die Zielgerichtetheit von Si QD-Mizellen und Si QD-Mizellen-CKAP4 zu untersuchen. A549 und 293 T Zellen waren adhärent bzw. halb-adhärent. Während des Experiments verringerte sich die Anzahl der 293 T Zellen aufgrund wiederholter Zentrifugation und Waschung. Daher war, wie in Abb. 4 gezeigt, die Anzahl der 293 T Zellen niedriger als die der A549 Zellen.

Zusätzlich sollte beachtet werden, dass A549-Zellen zur p53 Wildtyp-Lungenkrebszelllinie gehören. Daher können nur A549-Zellen die Zielgerichtetheit der Si QD-Mizellen-CKAP4 zu Lungenkrebs nicht vollständig widerspiegeln. Weitere Studien werden durchgeführt, um die Zielgerichtetheit und den Bildgebungseffekt von Si QD-Mizellen-CKAP4 auf p53-negative Zelllinien (wie H1299) zu testen, um eine solide experimentelle Grundlage für die klinische Anwendung von Si QD-Mizellen-CKAP4 zu liefern [22].

Schlussfolgerungen

Diese Studie verbesserte und modifizierte die von Pi et al. berichteten Si QD-Mizellen, um wasserdispergierbare Si QD-Mizellen-CKAP4 herzustellen. Si QD-Mizellen-CKAP4 waren kugelförmige Partikel mit einem mittleren hydrodynamischen Durchmesser von etwa 78,8 nm. Die UV-sichtbare Absorption der Si QD-Mizellen-CKAP4 reichte von 200 bis 500 nm. Bei einer Anregungswellenlänge von 330 nm wurde in den Fluoreszenz-Emissionsspektren starke Fluoreszenz bei 640 nm beobachtet. Si QD-Mizellen-CKAP4 zeigten gute Zielgerichtetheit zu Lungenkrebszellen und Lungenkrebsgewebe sowohl in vitro als auch in vivo. Zusätzlich zeigte der in-vivo Fluoreszenz-Imaging-Assay weiter, dass die Si QD-Mizellen-CKAP4 von der Leber metabolisiert und über die Niere ausgeschieden wurden. Zytotoxizität und H&E-Färbung-Assays zeigten, dass die Si QD-Mizellen-CKAP4 eine hohe Biosicherheit sowohl in vitro als auch in vivo aufwiesen. Si QD-Mizellen-CKAP4 ist ein spezifisch zielgerichtetes Bildgebungsmittel für Lungenkrebs und wird voraussichtlich in Zukunft ein fluoreszierendes Kontrastmittel für die Lungenkrebs-Chirurgienavigation sein.

Verfügbarkeit von Daten und Materialien

Die Daten und die Analyse in der aktuellen Arbeit sind auf vernünftige Anfrage von den korrespondierenden Autoren erhältlich.

Abkürzungen

Si QD:

Si Quantenpunkt

Si QD-Mizellen-CKAP4:

CKAP4-Antikörper-konjugierte Si Quantenpunkt-Mizellen

Dodecyl-Si QDs:

Dodecyl-passivierte Si QDs

BSA:

Bovines Serumalbumin

THF:

Tetrahydrofuran

DMEM:

Dulbeccos modifiziertes Eagle-Medium

PBS:

Phosphatpufferlösung

FBS:

Fetales Kälberserum

TEM:

Transmissionselektronenmikroskopie

DLS:

Dynamische Lichtstreuung

XPS:

Röntgenphotoelektronenspektroskopie

FTIR:

Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie

XRD:

Röntgenbeugung

SPF:

Spezifisch pathogenfrei

DAPI:

4',6-Diamidino-2-phenylindol

H&E:

Hämatoxylin und Eosin