Блог

Jul 02, 2023

Количественная оценка поглощения флуоресцентных наночастиц в клетках млекопитающих с помощью планшет-ридера

Scientific Reports, том 12, Номер статьи: 20146 (2022) Цитировать эту статью 1988 Доступ 1 Цитирование 5 Подробности об альтметрических метриках В соответствии с быстрым расширением применения наночастиц,

Том 12 научных докладов, Номер статьи: 20146 (2022) Цитировать эту статью

Доступы 1988 года

1 Цитаты

5 Альтметрика

Подробности о метриках

В связи с быстрым расширением применения наночастиц требуются различные инструменты для исследования того, как наночастицы взаимодействуют с биологическими объектами. Было разработано множество методов измерения клеточного поглощения наночастиц, но до сих пор большинство методов являются трудоемкими и часто неколичественными. Здесь мы разработали легкодоступный и надежный метод количественного измерения уровня клеточного поглощения флуоресцентно меченных наночастиц с использованием планшет-ридера. В ходе эксперимента были выявлены и устранены потенциальные проблемы, которые могли привести к отклонениям в измерениях. Например, изменение интенсивности флуоресценции образцов из-за различий в количестве клеток нормализовали по оптической плотности, которая представляет собой физическую величину, соответствующую количеству клеток. Количество промываний и температура обработки образцов были оптимизированы, чтобы минимизировать влияние остаточных наночастиц и возможный выход наночастиц из клеток соответственно. Разработанный анализ был продемонстрирован на линии клеток лимфоцитов Jurkat для измерения поглощения клетками флуоресцентно меченных полистироловых шариков размером 50 нм, а его применимость была дополнительно подтверждена на линии клеток карциномы легких A549 и другой линии клеток лимфоцитов RPMI8226.

Недавние разработки в области нанотехнологий открывают разнообразные возможности в сфере здравоохранения1, пищевой2 и косметической3 промышленности, а также вызывают обеспокоенность по поводу потенциальной токсичности4,5. Чтобы исследовать эффективность и безопасность наноматериалов, нам необходимо понять их жизненный цикл, состоящий из встречи и распознавания – интернализации – торговли – распространения – и утечки посредством различных биологических экспериментов. Поглощение наночастиц — это широкий процесс, включающий встречу, распознавание и интернализацию6. В зависимости от использования уровень поглощения необходимо модулировать либо для увеличения доставки, либо для предотвращения неизбирательного поглощения. Например, в медицинских целях, хотя следует избегать выведения наночастиц макрофагами7, следует повысить эффективность доставки наночастиц в орган-мишень. Широкий спектр исследований поглощения наноматериалов был проведен на клетках млекопитающих7,8,9, прокариотах10 и растениях11, и это лишь некоторые из них. Поглощение клетками регулируется многими различными параметрами6,12, такими как физические свойства наночастиц, включая размер, форму и поверхностный заряд, а также экспериментальные условия, включая типы клеток13 и клеточный цикл14. Даже между клетками существует вариабельность поглощения наночастиц, как показал сложный эксперимент Оберга и др.15.

Для количественной оценки освоения наноматериалов16 были использованы многочисленные анализы. Наиболее часто используются методы, основанные на электронной17,18,19 или световой микроскопии20,21. Измерения оптических свойств, таких как рассеяние и флуоресценция, также использовались для количественной оценки с помощью проточных цитометров8,10,14 и ридеров для микропланшетов19,22,23,24,25,26,27. Методы на основе индуктивно-связанной плазмы (ИСП), такие как масс-спектрометрия ИСП28 и атомно-эмиссионная спектроскопия ИСП26,29, являются еще одним полезным инструментом для количественного определения наночастиц в клетках, но они разрушительны и применимы только к частицам металлов. Другие методы, такие как трансмиссионная рентгеновская микроскопия, цельноклеточная томография и гиперспектральная визуализация, также были приняты на вооружение, но их применение ограничено. Хотя существует ряд методов количественного определения наночастиц в клетках и тканях, более надежные, воспроизводимые и сопоставимые методы, которые также широко используются, по-прежнему востребованы30.

Считыватели планшетов используются в самых разных измерительных приложениях: от таких маленьких, как ионы металлов31, до таких больших, как клеточные сфероиды. Их мультимодальные и высокопроизводительные возможности способствовали разработке разнообразных клеточных анализов, включая пролиферацию, смерть, активность ферментов и другие фенотипические анализы. Сочетание последних достижений в области обработки жидкостей и систем контроля окружающей среды позволило провести более сложный динамический анализ. Прежде всего, считыватели планшетов — это простое в эксплуатации оборудование, не требующее высоких навыков, которое можно использовать различными способами.