对光学成像的热/ pH调制具有可逆响应的近红外荧光纳米胶囊外文翻译资料

 2022-08-25 09:08

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对光学成像的热/ pH调制具有可逆响应的近红外荧光纳米胶囊

摘要：聚合物近红外（NIR）荧光纳米胶囊开发出荧光对局部的可逆反应热/ pH调制。我们的策略是使用由聚合物胶束制成的聚合物胶束温度敏感的普朗尼克 F-127封装两亲NIR荧光染料吲哚菁绿（ICG）-在核心中，然后通过pH敏感的聚（乙烯亚胺）（PEI）交联胶束的冠。以温度降低/升高引起的胶束的大小膨胀/收缩特性为开关，控制纳米胶囊的荧光产率。

发现荧光产率随温度的升高而显着增加。PEI交联使得荧光产率也对局部pH变化敏感并且也增强了纳米胶囊的细胞内递送。初步结果表明，NIR荧光探针可能潜在地用作对局部环境敏感的造影剂，用于平移光学成像/传感。

实验方法

材料：Pluronic F-127（PEO100-PPO65-PEO100，平均分子量 ~12 600），得自德国巴斯夫公司. (Mount Olive, NJ)。ICG，聚（乙烯亚胺）（MW~2000,50％水溶液）和氯甲酸对硝基苯酯（p-NPC）购自SigmaAldrich公司. (St. Louis, MO)。Dulbecco改良的Eagle培养基（DMEM），链霉素/青霉素，胰蛋白酶，胎牛血清（FBS）和所有其他细胞培养补充剂购自试剂盒（卡尔斯巴德，CA）。本研究中使用的所有化学试剂均为分析级。

激活用于与PEI交联胶束的Pluronic F-127。p-NPC激活Pluronic F-127的羟基基团，制备胺反应Pluronic F-127。首先将Pluronic F-127置于真空中过夜，至彻底干燥。然后将2g Pluronic F-127溶于6mL无水苯中，并以逐滴的方式缓慢加入搅拌的6mL含有p-NPC（192mg）的无水苯溶液中。反应在室温下进行，在氮气吹扫下温和搅拌3小时，产物在冰冷的乙醚中沉淀三次，然后在真空下干燥。

用活化的Pluronic胶束，制备ICG的封装。使用溶剂蒸发方法将ICG包封到活化的Pluronic胶束中。简单地说，1mM溶液在氯仿中制备ICG，然后在搅拌下将ICG溶液滴加到2％活化的Pluronic溶液（pH~6.0）中，以达到50mu;M的最终ICG浓度。蒸发除去氯仿，ICG分配到胶束的核心中。通过使用纤维素离心过滤器（MWCO 10kDa，Millipore，Billerica，MA）除去游离的ICG分子，并用去离子水（pH~6.0）漂洗剩余的载有ICG的胶束溶液两次。将漂洗的胶束浓缩在200mu;L去离子水（pH~6.0）中。

PEI交联连接ICG的胶束。将200mu;L水溶液载有ICG的胶束溶液滴加到2mL PEI水溶液（0.5％w / v，pH~9.0）中。反应在室温下进行，温和搅拌3小时。使用纤维素离心过滤器（MWCO 10kDa，Millipore，Billerica，MA）除去副产物，并使用去离子水冲洗剩余的PEI交联的ICG /胶束溶液三次，并保持ICG-胶束溶液的最终体积为1毫升。

激活用于与PEI交联胶束的Pluronic F-127。p-NPC激活Pluronic F-127的羟基基团，制备胺反应Pluronic F-127。首先将Pluronic F-127置于真空中过夜，至彻底干燥。然后将2g Pluronic F-127溶于6mL无水苯中，并以逐滴的方式缓慢加入搅拌的6mL含有p-NPC（192mg）的无水苯溶液中。反应在室温下进行，在氮气吹扫下温和搅拌3小时，产物在冰冷的乙醚中沉淀三次，然后在真空下干燥。

用活化的Pluronic胶束，制备ICG的封装。使用溶剂蒸发方法将ICG包封到活化的Pluronic胶束中。简单地说，1mM溶液在氯仿中制备ICG，然后在搅拌下将ICG溶液滴加到2％活化的Pluronic溶液（pH~6.0）中，以达到50mu;M的最终ICG浓度。蒸发除去氯仿，ICG分配到胶束的核心中。通过使用纤维素离心过滤器（MWCO 10kDa，Millipore，Billerica，MA）除去游离的ICG分子，并用去离子水（pH~6.0）漂洗剩余的载有ICG的胶束溶液两次。将漂洗的胶束浓缩在200mu;L去离子水（pH~6.0）中。

PEI交联连接ICG的胶束。将200mu;L水溶液载有ICG的胶束溶液滴加到2mL PEI水溶液（0.5％w / v，pH~9.0）中。反应在室温下进行，温和搅拌3小时。使用纤维素离心过滤器（MWCO 10kDa，Millipore，Billerica，MA）除去副产物，并使用去离子水冲洗剩余的PEI交联的ICG /胶束溶液三次，并保持ICG-胶束溶液的最终体积为1毫升。

ICG浓度测定。将50mu;L上述ICG-胶束溶液加入到950mu;L二甲基亚砜（DMSO）中，导致胶束完全分解并释放包封的ICG分子。将50mu;L去离子水加950mu;LDMSO的溶液用作空白实验。通过比较（溶解的）ICG-胶束DSMO溶液在794nm处的吸光度与在相同溶液中的游离ICG的标准吸收曲线来确定ICG-胶束溶液的等效ICG浓度。所有测量一式三份进行。

粒径和Zeta电位测量。有效使用动态光散射（DLS）仪器（ZetaPlus，Brookhaven Instrument Co.，Holtsville，NY）在632nm的波长和90°检测下测量ICG-Pluronic / PEI胶束的（或流体动力学）直径和zeta电位。角度。胶束浓度为0.5％（pH~7.2），温度控制在22-40℃。测量一式三份进行。

ICG胶束纳米胶囊的透射电子显微镜（TEM）成像。对于TEM成像，0.5％（w / v）ICG纳米胶囊溶液在22,28,34和40°C预平衡.每种溶液滴一滴沉积在有300个网格的Formvar /碳涂覆的铜网格上并在22,28,34和40℃下干燥，然后将样品用1滴2％（w / v）染色1分钟）乙酸双氧铀溶液。用Philips F20透射电子显微镜对负染色的样品成像。

在温度和pH调制下，进行ICG荧光测量。通过测量ICG-Pluronic / PEI胶束的荧光产率的温度依赖性来确定使用配备有温度控制器的Fluorolog-3分光荧光计（法国Jobin Yvon公司）改变给定ICG胶束溶液的荧光强度。基于单色器的荧光分光光度计提供了优于0.5nm的光谱分辨率，因此能够从激发光（780nm）有效分离ICG发射光谱（具有约810nm的峰值）。在荧光分光光度测量之前，将ICG胶束溶液在不同温度（即22-40℃）下预平衡30分钟。在荧光测量期间，通过将比色皿置于具有预设数字控制温度的恒温流体中，使样品温度保持恒定。在固定波长（即在ICG峰值发射波长附近的810nm）获得在各种pH值（4,7和10）下的ICG胶束溶液的荧光强度。在测量期间，使用HCl和NaOH将溶液pH调节至所需值，并且在22至40℃范围内的不同数字控制温度下测量样品的荧光强度。通过数字pH计测量样品的pH。

ICG-Pluronic / PEI胶束的细胞内摄取测试。将癌细胞（A431）在含有10％FBS和1％青霉素/链霉素的DMEM培养基中培养。将细胞以5times;105 细胞/孔的密度接种在6孔板中的盖玻片上，并在潮湿的培养箱中在37℃和5％CO2 下培养。24小时后，在每个孔中用2mL无血清DMEM培养基加200mu;LICG-Pluronic / PEI胶束溶液（ICG剂量为~10mu;g）替换每个孔中的细胞培养基。然后将细胞温育30分钟。作为对照，将细胞与ICG-Pluronic胶束溶液（其未与PEI交联但具有相同的ICG剂量）一起温育。温育后，将细胞用预热至37℃的PBS洗涤三次。然后通过显微镜（Zeiss Axiovert 200）用ICG滤光片组（49030ET，Chroma Technology Corp.，激发775 / 50nm，发射845 / 55nm）和20times;物镜（Zeiss）获得细胞的ICG荧光图像。 Ecplan-NEOFLUAR）。使用EMCCD相机（Andor）记录图像，增益为200，曝光时间为0.2秒。

体外细胞毒性测定。PEI的体外细胞毒性通过对癌细胞（A431）进行甲基噻唑基四唑（MTT）测定来研究交联的ICG纳米胶囊。首先在96孔板中以每孔密度5times;104 细胞接种细胞。在37℃，5％CO2 和100％湿度下孵育24小时后，将细胞分成4组，每组用含有PEI交联ICG纳米的200mu;LDMEM培养基以不同浓度（0.01,0.1,1和10mg / mL）的胶囊，每种浓度一式三份进行测试。温育3小时后，向各孔中加入MTT水溶液（20mu;L，5mg / mL），并将板再温育2小时。然后除去每个孔中的培养基，加入200mu;LDMSO以溶解任何紫色甲crystals晶体。通过酶标仪（Tecan Safire2）测量每个孔在570nm处的吸光度，并且每个孔中的细胞活力与测量的吸光度成正比。为了比较，重复相同的实验，除了在这种情况下的细胞与ICG纳米胶囊代替PEI交联的ICG纳米胶囊一起孵育。将用标准培养基温育的细胞作为对照。细胞活力表示为活细胞相对于对照组存活的百分比。

结果和讨论

ICG是一种水溶性和两亲性三羰花青素NIR染料。它具有两个疏水多环部分和与每个多环部分结合的亲水硫酸基团，如图1的插图所示1A. 一般来说，两亲性染料（如ICG）的荧光量子产率取决于溶剂的极性。图1B显示了在溶剂（与不同体积比的DMSO混合的水）中浓度为~1mu;g/ mL的ICG的荧光强度。20％DMSO中的ICG荧光强度远高于纯水中的ICG荧光强度。这主要是因为后者更亲水并且ICG分子更容易聚集。在上述观察的支持下，我们假设通过调节胶束核心的疏水性/亲水性可以调节包封在胶束内的ICG的荧光产率，而胶束核心的疏水性/亲水性又可以通过局部温度和pH调节。这形成了开发热/ pH敏感NIR荧光探针的基础。

在这项研究中，我们选择温度敏感的Pluronic胶束包封ICG，然后通过pH敏感聚合物-PEI交联胶束的冠，旨在开发NIR波长范围内的双热/ pH敏感荧光探针。图2说明了合成荧光纳米探针和所涉及化学物质结构的详细步骤。实质上，Pluronic F-127的末端羟基被对硝基苯基氯甲酸酯（p-NPC）预活化（图2A), 然后通过溶剂蒸发法将ICG分子封装到由活化的Pluronic F-127制成的胶束中（图2B). ICG封装后，使用具有带正电荷氨基的聚（乙烯亚胺）（PEI）聚合物交联胶束的冠并实现对局部pH的敏感性（图2C), 交联胶束中的ICG浓度通过DMSO萃取测定，如下所述实验方法部分。吸收曲线将溶解在DSMO溶液中的ICG胶束与溶解在相同溶液（DSMO）中的游离ICG的标准吸收曲线进行比较，浓度范围为0-3.0mu;g/ mL，实现R2相关系数为0.999。然后可以通过局部温度/ pH变化来调节胶束内部的疏水性/亲水性和ICG荧光产率。此外，考虑到PEI是最常见的用于基因递送的阳离子聚合物，胶束冠内的PEI交联还可以明显增强胶束纳米胶囊的细胞内递送。

通过使用动态光散射（DLS）和TEM成像来表征ICG纳米胶囊的尺寸和温度/ pH敏感的膨胀/收缩行为（图3). 图3A显示了通过DLS测量的各种温度下纳米探针的热敏膨胀/收缩流体动力学尺寸。尺寸对温度变化非常敏感（22-40°C），流体动力学直径从22°C时的162plusmn;20.5 nm急剧下降到40°C时的45.6plusmn;4.6 nm。纳米胶囊表面上带正电荷的PEI的交联使得表面zeta电位对纳米胶囊尺寸敏感，因此对温度如图所示3B. zeta;电位从22°C时的6plusmn;0.6 mV大幅增加到34在40°C时plusmn;1.4 mV。在升高的温度下减小的尺寸增加了纳米胶囊表面上的电荷密度，导致zeta;电位的增加。通过TEM成像也直接揭示了ICG纳米胶囊的温度诱导的尺寸变化。图3C 显示了在有300个网格的Formvar /碳载体网格上在不同温度下预平衡的ICG-Pluronic / PEI纳米胶囊的代表性TEM图像。为了提高图像质量，纳米胶囊用1滴2％（w / v）乙酸双氧铀溶液染色1分钟。ICG纳米胶囊的平均尺寸为22,28,34，40℃和40℃分别为155plusmn;23,95plusmn;17.4,69plusmn;10.5和37plusmn;9.8nm。将溶液温度从22℃升高到40℃导致纳米胶囊收缩几乎5倍。温度依赖性胶束化和凝胶形成是水性Pluronic共聚物溶液的两个最特征性质。在临界胶束温度（CMT）以上，Pluronic聚合物分子变得更亲脂并且自组装成胶束，在胶束的核心处具有疏水性PPO基团。30 Pluronics胶束的独特性质是其核心变得越

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