نانومواد

مشاهده مستقیم تشکیل نانوذرات درون سلولی با توموگرافی نانو محاسباتی

مشاهده مستقیم تشکیل نانوذرات درون سلولی با توموگرافی نانو محاسباتی

 

مشاهده مستقیم تشکیل نانوذرات درون سلولی با توموگرافی نانو محاسباتی
تصویر شماتیک از خود مونتاژ NTR-Iod-CBT که منجر به NTR می شود در Iod-CBT-NPs داخل سلول. تحت تجزیه گلوتاتیون (GSH) و تجزیه نیترو ردوکتاز (NTR) ، مولکول کوچک ۴-نیتروبنزیل کاربامات – Cys (SEt) -Asp-Asp-Phe (ید) –۲-سیانو-بنزوتیازول (NBC-Iod-CBT) تحت سلول قرار می گیرد. CBT-Cys بر روی واکنش چگالش کلیک کرده و خود را به نانوذرات یددار (یعنی Iod-CBT-NPs) مونتاژ می کند. اعتبار: پیشرفتهای علمی ، doi: 10.1126 / sciadv.aba3190

مشاهده مستقیم تشکیل نانوذرات درون سلولی با توموگرافی نانو محاسباتی مشاهده مستقیم تشکیل نانوساختارهای داخل سلول در آزمایشگاه چالش برانگیز است. در گزارش جدیدی ، میائومیا ژانگ و یک تیم تحقیقاتی در شیمی ، علوم زندگی ، مهندسی پزشکی و علوم و فنون ، در چین ، از یک مولکول کوچک طراحی شده منطقی به اختصار NBC-Iod-CBT (مخفف ۴-nitrobenzyl carbamate – Cys (SEt ) -Asp-Asp-Phe (ید) -۲-سیانو-بنزوتیازول) و به طور مستقیم مشاهده تشکیل نانوذرات داخل سلولی با توموگرافی نانو رایانه (nano-CT).

دانشکده ها : در طول آزمایش ها ، کاهش گلوتاتیون (GSH) و نیترو ردوکتاز (NTR) مکانیسم های برشی باعث شد مولکول های NBC-Iod-CBT تحت واکنش تراکم کلیک کنید و خودآرایی کنید نانوذرات (NP) به عنوان Iod-CBT-NP. هنگامی که این تیم تصویربرداری نانو CT از NBC-Iod-CBT تحت درمان را انجام داد ، سلولهای HeLa بیان کننده نیترو ردوکتاز در آزمایشگاه ، آنها وجود Iod-CBT-NP های مونتاژ شده خود را در سیتوپلاسم خود نشان دادند. این استراتژی جدید اکنون در پیشرفتهای علمی منتشر شده است و به دانشمندان علوم زیست و مهندسین زیستی کمک می کند تا مکانیسم تشکیل ساختارهای نانوی سلول را درک کنند.

یک استراتژی هوشمند برای مونتاژ نانو

مونتاژ ساختارهای نانو با استفاده از پیش سازهای مولکولی کوچک در سلولهای یک استراتژی هوشمندانه با عالی مزایای استفاده در تصویربرداری مولکولی و تحویل دارو مولکول های کوچک به راحتی توسط سلول ها جذب می شوند ، اما همچنین سریع پاک می شوند. در مقابل ، ساختارهای نانو با عوامل درمانی دارای مدت زمان ماندگاری طولانی تری در سلول ها با قدرت بالاتر هستند. با این وجود ، برای یک سلول بسیار دشوارتر است که یک ساختار نانو را در مقایسه با یک مولکول کوچک بدست آورد. بنابراین دانشمندان با تغییر سطح سلول با هدف قرار دادن “کلاهک ها” ساختارهای نانو را برای جذب سلول فعال می کنند اما چنین اصلاحات می تواند قابلیت تولید مجدد نانوکامپلکس را کاهش دهد. در نتیجه ، روش هوشمند به تازگی ایجاد شده است و هدف آن ایجاد نانوذرات داخل سلولی است ، جایی که کشت سلول با یک پیش ساز مولکولی کوچک برای کاربردهای هیجان انگیز در تصویربرداری مولکولی و تحویل دارو دارای ساختار نانوایی است. با این حال ، هنوز تمایز بین ساختارهای نانو مصنوعی از ساختارهای سلولی ذاتی دشوار است. برای تحقق این امر ، ژانگ و همکاران ابتدا یک ماده ید (ید) حاوی پیش ماده مولکول کوچک طراحی کردند ، سپس این ترکیب را برای تشکیل نانوذرات مورد نظر تحت مونتاژ خودساخته آنزیمی درون سلولی قرار دادند و از نانو CT (توموگرافی نانو رایانه) برای مشاهده نانوذرات درون سلولی استفاده کردند.

مشاهده مستقیم تشکیل نانوذرات درون سلولی با توموگرافی نانو محاسباتی
خصوصیات آزمایشگاهی Iod-CBT-NPs. (A) تصویر TEM از Iod-CBT-NPs. (B) ردیابی HPLC 500 میکرومولار NBC-Iod-CBT (سیاه) ، ۵۰۰ میکرومولار NBC-Iod-CBT با TCEP (2 میلی متر) به مدت ۱ ساعت و همچنین انکوباسیون بیشتر با NADH (5 میلی متر) و NTR (5 U) در میلی لیتر) به مدت ۲ ساعت در ۱۰ میلی مولار PBS در دمای ۳۷ درجه سانتیگراد (قرمز). طول موج برای تشخیص: ۳۲۰ نانومتر. (C) تصویر پیش بینی ۲D از Iod-CBT-NPs. (D) تصویر رندر سه بعدی Iod-CBT-NPs (زرد). LAC ، ضریب جذب خطی

آزمایش

ساختار مولکولی کوچک NBC-Iod-CBT یددار یک طرح منطقی متشکل از چهار قسمت داشت که شامل

  1. یک سوبسترا ۴-نیتروبنکسیل کاربامات (NBC) برای تجزیه نیترورودوکتاز (NTR) ،
  2. یک نقش مایع نهان سیستئین (Cys) و ۲-سیانو-بنزوتیازول (CBT) برای CBT-Cys واکنشهای چگالش را کلیک کنید ،
  3. یک منطقه یددار برای تقویت کنتراست توموگرافی کامپیوتری ، و
  4. دو نقوش اسید اسپارتیک آب دوست برای حلالیت خوب آب در شرایط فیزیولوژیکی

.

وقتی این ترکیب وارد نیترو ردوکتاز (NTR) شد-ابراز کننده کمبود اکسیژن (فاقد سطح کافی اکسیژن) سلولهای سرطانی ، آنها تحت خود مونتاژ قرار گرفتند و نانوذرات (NP) معروف به Iod-CBT-NP را تشکیل دادند. برای القا تشکیل نانوذرات نیترو ردوکتاز- (NTR) در آزمایشگاه ، دانشمندان مولکول کوچک NBC-Iod-CBT را با محلول های بافر نمک انکوب کردند و محلول نیترو ردوکتاز را به مدت دو ساعت به آن افزودند تا ساختارهای نانو با جذب قابل مشاهده بین ۵۰۰-۷۰۰ نانومتر ایجاد کند. .

مشاهده مستقیم تشکیل نانوذرات درون سلولی با توموگرافی نانو محاسباتی
تصویر TEM سلول HeLa تحت هیپوکسی تحت درمان با NBC-Iod-CBT. (A) تصویر TEM با بزرگنمایی کم از سلول HeLa هیپوکسی با ۲۵۰ میکرومتر NBC-Iod-CBT به مدت ۴ ساعت انکوبه شده است. (B) تصویر TEM با بزرگنمایی زیاد از ناحیه مربع قرمز در (A).

وقتی ژانگ و دیگران یک مهار کننده نیترو ردوکتاز معروف به دیکومارین به محلول ، جذب قابل مشاهده از مخلوط کاهش می یابد ، تأیید تشکیل ساختارهای نانو در حضور نیترو ردوکتاز. با استفاده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری ، تیم ظاهر نانوذرات را مشاهده کرد و از کروماتوگرافی مایع با عملکرد بالا (HPLC) و طیف سنجی لیزری با کمک ماتریس با وضوح بالا / طیف سنجی جرمی یونیزاسیون برای تأیید تشکیل Iod-CBT-NPs. ژانگ و همکاران پس از آن از تصاویر سه بعدی (۳-D) نانو CT مخلوط با میکروسکوپ اشعه ایکس نرم nano-CT استفاده شد تا در نهایت تصاویر ۳-D نانو CT را بازسازی کنید ، جایی که اجزای مختلف ترکیب اشعه X مختلفی را نشان می دهد قابلیت های جذب به این ترتیب ، این آزمایش ترکیب موردنیاز NBC-Iod-CBT را برای انجام خودهمبستگی ناشی از NTR برای تشکیل نانوذرات مورد انتظار (Iod-CBT-NPs) در آزمایشگاه تسهیل کرد.

تشکیل داخل سلولی Iod-CBT-NPs و تصویربرداری نانو CT CT میکروسکوپ اشعه ایکس

ژانگ و دیگران بعداً همان روند آزمایشی را برای القای خود مونتاژ نانوذرات در داخل سلول ها بررسی کرد. ترکیب مورد نظر (NBC-Iod-CBT) انتخاب بالاتری نسبت به نیترو ردوکتاز داشت تا بدین وسیله از هرگونه تداخل احتمالی درون سلولی در حضور سایر ترکیبات داخل سلولی مانند بیوتیول ها ، اکسیدان ها و اسیدهای آمینه جلوگیری کند. سلولهای سرطانی HeLa در دهانه رحم انسان به طور معمول نیترو ردوکتاز (NTR) را تحت شرایطی تحت بیش از حد بیان می کنند (محروم از سطح کافی) اکسیژن) ، طی هشت ساعت به بالاترین سطح آزمایش می رسد. وقتی ژانگ و همکاران سلولهای HeLa کم اکسیژن انکوباتور با مولکول کوچک NBC-Iod-CBT ، آنها تشکیل نهایی نانوذرات را در سلولهای HeLa کم اکسیژن مشاهده کردند با استفاده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی از سلول ها ، آنها وجود نانوذرات را همانطور که در سیتوپلاسم سلول انتظار می رفت ، نشان دادند.

برای مشاهده مستقیم نانوذرات مورد علاقه (Iod-CBT-NP) در داخل سلول ها ، تیم تحقیقاتی سلول های کم اکسیژن HeLa را تحت آزمایش قرار داده و با استفاده از میکروسکوپ نانو CT CT اشعه ایکس از آنها تصویربرداری کرد. سپس آنها از سلولهای HeLa هیپوکسیک که از قبل تحت درمان با دیکومارین یا نرموکسیا استفاده کردند (سطح طبیعی اکسیژن ) به عنوان دو شاهد مثبت و سلول های هیپوکسی یا normoxia HeLa درمان نشده به عنوان دو کنترل منفی. نتایج نشان داد که تشکیل نانوذرات Iod-CBT در سیتوپلاسم سلولهای HeLa هیپوکسیک وجود دارد. هنگامی که آنها این سلول ها را تحت درمان با مهارکننده نیترو ردوکتاز قرار دادند ، کنتراست CT سیتوپلاسم کاهش یافت. این تیم پیش بینی های ۲-D سلول ها را برای به دست آوردن تصاویر nanoCT 3-D بازسازی کرد. با استفاده از ضریب جذب خطی (LAC) یا ضریب میرایی خطی ، ژانگ و همکاران. امکان تشکیل نانوذرات درون سلولی را تأیید کرد.

مشاهده مستقیم تشکیل نانوذرات درون سلولی با توموگرافی نانو محاسباتی
Iod-CBT-NPs با تصویربرداری نانو CT CT با اشعه ایکس نرم مشاهده می شود. (A) تصاویر پیش بینی ۲D سلول های HeLa هیپوکسیک تحت درمان با ۲۵۰ میکرومولار NBC-Iod-CBT به مدت ۴ ساعت (سمت چپ) ، سلول های HeLa هیپوکسی تحت درمان با ۵۰۰ میکرومولار دی کومارین (یک مهار کننده NTR) و سپس با ۲۵۰ میکرومولار NBC-Iod- CBT به مدت ۴ ساعت (وسط) و سلولهای طبیعی HeLa تحت درمان با ۲۵۰ میکرومولار NBC-Iod-CBT به مدت ۴ ساعت (راست). (B) مطابقت جذب مطلق اشعه ایکس نرم برای خطوط قرمز در قسمت (A). (C) سلولهای HeLa تقسیم شده ۳D مربوطه در (A). در مناطق تقسیم شده ، ساختارهای زرد Iod-CBT-NP ، ساختارهای سبز سیتوپلاسم و ساختارهای آبی هسته هستند. (D) نمای بزرگ نمایی از مستطیل قرمز در قسمت (C). (E) هیستوگرام LAC کل داخل سلولی Iod-CBT-NP [ساختارهای زرد در تصویر سمت چپ (C)] و منحنی اتصالات گاوسی مربوطه (سیاه)

چشم انداز

به این ترتیب ، میائومیا ژانگ و همکارانش با ساخت منطقی یک ساختار یددار NBC-Iod-CBT با مولکول کوچک یددار برای تشکیل مستقیم و مشاهده نانوذرات درون سلول ها با استفاده از nano-CT. پس از آزمایشات دست اول که در شرایط آزمایشگاهی انجام شد ، این تیم مطالعات بیشتری را در مورد سیتوپلاسم سلولهای HeLa بیان کننده نیترو ردوکتاز انجام داد. این تیم با استفاده از تکنیک های تحلیلی ، تشکیل نانوذرات (Iod-CBT-NP) را در سلول های هایپوکسیک HeLa تحت درمان با NBC-Iod-CBT با مولکول کوچک نشان داد. آنها روش خود را با استفاده از ضریب جذب خطی تأیید کرده و امکان تشکیل نانوذرات داخل سلولی را تأیید کردند. این کار به محققان کمک می کند تا بینش عمیق تری در مورد تشکیل نانوساختارهای درون سلولی با کاربردهای چشمگیر در پزشکی نانو و مهندسی زیستی کسب کنند.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

نوشته های مشابه

دکمه بازگشت به بالا