Luminescence Diagnostics of Tumors With Upconversion Nanoparticles

Abstract

Актуальность. Для повышения качества онко-логических операций необходимо полностью удалить опухоль, включая метастазы, свести к минимуму повреждения здоровых тканей и со-кратить время операции. Современные методы детектирования, в основе которых лежит рент-геновская компьютерная томография, а также магнитно-резонансная томография, определяют опухоль, когда ее объем становится достаточ-но большим (содержит более 10 миллиардов клеток). В этой связи актуальной задачей пред-ставляется повышение чувствительности и раз-решающей способности методов диагностики для обнаружения злокачественных новообра-зований на ранних этапах развития. Цель -про-демонстрировать возможности применения нового класса антистоксовых люминесцентных наночастиц для глубокой высококонтрастной оптической визуализации злокачественных опу-холей. Материал и методы. В работе исполь-зовались узкодисперсные апконвертирующие наночастицы размером 70-80 нм, имеющие структуру ядро/оболочка NaYF 4 :Yb Наночастицы обладают интенсивной полосой антистоксовой фотолюминесценции на длине волны 800 нм при возбуждении излучением на длине волны 975 нм (обе длины волны попада-ют в окно прозрачности биологической ткани). Коэффициент конверсии возбуждающего излу-чения в антистоксовую люминесценцию состав-лял 9%. Для увеличения времени циркуляции частиц в кровотоке малых животных наночасти-цы покрывались биосовместимой амфифильной полимерной оболочкой. В качестве опухолевой модели использовалась перевитая мышам эпи-дермоидная карцинома Льюиса. Результаты. Получены стабильные водные коллоиды наноча-стиц, покрытых амфифильным полимером, спо-собные сохранять первичные размеры в течение как минимум месяца. Применение апконвертиру-ющих наночастиц с гидрофильной оболочкой из чередующегося сополимера малеинового анги-дрида и октадецена с последующим покрытием с помощью диглицидилового эфира полиэтилен-гликоля позволило снизить неспецифическое взаимодействие наночастиц с белками плазмы крови, что, в свою очередь, привело к увеличе-нию времени их циркуляции в кровотоке малых животных до 1 часа. На модели карциномы лег-кого Льюиса, перевитой мышам, продемонстри-рована прижизненная доставка апконвертиру-ющих наночастиц в опухоль с высокой степенью локализации за счет пассивного EPR-эффекта. Контраст люминесцентного сигнала в опухоли по отношению к окружающим тканям составил не менее 70%. Продемонстрирована возмож-ность визуализации апконвертирующих наноча-стиц в глубине биоткани до 15 мм. Заключение. Методы оптической визуализации с применени-ем антистоксовых фотолюминесцентных мар-керов обеспечивают высокий контраст обнару-жения опухолевых тканей в режиме реального времени, что позволяет использовать их для ин-траоперационной диагностики.Ключевые слова: апконвертирующие наноча-стицы, оптическая люминесцентная визуализа-ция, интраоперационная оценка границ опухоли

New Cysteine-Containing PEG-Glycerolipid Increases the Bloodstream Circulation Time of Upconverting Nanoparticles

“…The signal from the nanoparticles modified by ionizable lipid 3 was observed up to 1.5 h, whereas nanoparticles modified with cysteine-containing PEG-lipid 4 were visible for more than 3 h, more than 15-fold longer than the result obtained for the commercially available PEG-lipid 1. In addition, the circulation time of nanoparticles coated with PEG-lipid 4 was more than 3-fold longer than the time of other upconverting nanoparticles with different shells described in the literature [23,24]. Analysis of the microphotographs using ImageJ (NIH, Bethesda, MD, USA) software showed that the nanoparticle number was reduced from 260 to 18 over 10 min (Figure 2D), whereas only a moderate decrease in fluorescence intensity was observed (Figure 2E).…”

<i>In vitro и in vivo</i> photodynamic therapy of solid tumors with a combination of riboflavin and upconversion nanoparticles

“…Кроме того, необходимо отметить люминесцентные свойства ФМН и НАФ, которые позволяют использовать комбинацию этих препаратов не только для терапии опухоли, но и для визуализации опухолевого очага (так называемая тераностика). Перспективы применения НАФ в качестве контрастного агента для маркирования опухоли обсуждались нами ранее [20].…”