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DOI : 10.2240/azojono0113

Zusammenfassung von Quantums-Punkt-Technologien für Krebs-Befund und Behandlung

Sandeep Kumar Vashist, Rupinder Tewari, RAM Prakash Bajpai, Lalit Mohan Bharadwaj und Roberto Raiteri

Copyright AZoM.com Pty Ltd.

Dieses ist ein der Belohnungs-Anlage AZO-Freien Zugangs Artikel (AZO-RUDER), der im Sinne der AZO-RUDER http://www.azonano.com/oars.asp verteilt wird

Eingegeben: 29. Juli 2006

Bekannt gegeben: 13. September 2006

Themen Umfaßt

Zusammenfassung

Einleitung

Quantums-Punkte in der Krebsfrüherkennung

Vorteile von Anorganischen Quantums-Punkten über Organischem Fluorophores

Quantums-Punkt-Technologie

Synthese von Quantums-Punkten

Eigenschaften und Anwendungen von Quantums-Punkten

Ausgleichen der Giftigen Beschaffenheit von Quantums-Punkten

BlinkenVerhalten von Quantums-Punkten

Effekt von Oberflächen-Functionalization auf die Optischen Eigenschaften von Quantums-Punkten

Maß Anlage für das Beobachten und den Gleichlauf von Quantums-Punkten

Aktiver und Passiver Quantums-Punkt, der Vorrichtungen Anvisiert

Tiefengewebe Darstellungs-Anforderungen

Ausbau von Quantums-Punkten von Lebenden Zellen

Mögliche Anwendungen von Quantums-Punkten in der Krankheits-Diagnose und der Behandlung

Konjugation von Biomolekülen zu Quantums-Punkten

Strategien, zum von Biomolekülen Zu Ändern

Effekte von Quantums-Punkten auf Biologische Funktionen von Biomolekülen

Fortschritte in der Quantums-Punkt-Technologie für die Diagnose des Krebses

Quantums-Punkt-Peptid Paronyme Gezeigt zu den Ziel-Tumor-Zellen

Quantums-Punkte Fähig, LiveBRUSTKREBS-Zellen zu kennzeichnen

Multifunktions-Quantum Punktiert Gleichzeitig Ziel-und Bild-Tumoren in Lebenden Tieren

Nahe Infrarot-Quantums-Punkten für das Hinweissymbol-Lymphknoten-Abbilden

Quantums-Punkte für Gemultiplexte Analyse

Selbst-Illuminating Quantums-Punkte für in vivo Darstellung

Quantums-Punkt Basierte Medikamentenverabreichungs-Anlage, um Krebs Anzuvisieren

Der Aktuelle Stand Der Dinge

Zukünftige Anwendungen von Quantums-Punkten in der Krebs-Diagnose und der Behandlung

Bezüge

Kontaktdaten

Halbleiterquantumspunkte (QDs) sind nanoparticles, die weit verbreitete Zinsen an der Biologie und die Medizin wegen ihrer eindeutigen optischen und elektronischen Eigenschaften angezogen haben. Diese Eigenschaften, besonders ihre verringerte Tendenz zum photobleach und die Abhängigkeit ihrer Fluoreszenzwellenlänge auf ihrer Größe, machen sie geeignet, damit Leuchtstoff prüfende Anwendungen in-vitro Krebs Biomarkers und in vivo in den Zellen/in den Geweben/im Ganzen Gehäuse entdecken. Es gibt beträchtliche Zinsen unter den Forschern wegen der Neuentwicklungen an QD-Technologie. QDs sind in den amphiphilen Polymeren eingekapselt worden und springen zu Tumor-anvisierenden Ligands und zu Medikamentenverabreichungsbäschen für das Anvisieren, Darstellung und die Behandlung von Tumorzellen. Anwesende Bemühungen werden auf die Erforschung der enormen Mehrkanalausrüstungsfähigkeiten des QDs für den simultanen Befund von mehrfachen Krebs Biomarkers in den Blutwertbestimmungen und in den Krebsgewebebiopsien gerichtet. Diese Fortschritte in der QD-Technologie haben viele Informationen über die molekularen Ereignisse in den Tumorzellen und -Krebsfrüherkennung entwirrt.

Quantums-Punkte in der Krebsfrüherkennung

Frühes Screening von Krebs ist, die meisten Tumoren nachweisbar so wünschenswert auch sind, nur wenn sie eine bestimmte Größe erreichen, wenn sie Millionen Zellen enthalten, die möglicherweise bereits metastasized. Aktuell eingesetzte Diagnosetechniken wie medizinische Darstellung, Gewebebiopsie und bioanalytical Wertbestimmung von Körperflüssigkeiten durch Enzym verbundene Immunosorbentwertbestimmung (ELISA) sind unzureichend empfindlich und spezifisch, die meisten Baumuster Anfangsstadiumkrebse zu entdecken. Außerdem sind diese Wertbestimmungen arbeitsintensiv teuer, Zeit raubend, und haben nicht Mehrkanalausrüstungsfähigkeit. Andererseits ist QD basierter Befund schnelles, einfaches und wirtschaftliches aktivierendes schnelles Punkt-vonsorgfalt Screening von Krebsmarkierungen. QDs haben eindeutige Eigenschaften, die sie Ideal für das Entdecken von Tumoren machen. Diese umfassen intensive und stabile Fluoreszenz während einer längeren Zeit; Widerstand zum Photobleaching [1-5], zu den großen molaren Löschungskoeffizienten und zum sehr empfindlichen Befund wegen ihrer Fähigkeit, Leuchte sehr effizient zu absorbieren und auszustrahlen. Wegen ihres großen Oberflächen- Bereich-zuvolumen Verhältnisses, kann ein einzelner QD zu den verschiedenen Molekülen konjugiert werden und QDs so machen, das um Beschäftigung bittet, wenn man komplexere Multifunktions-nanostructures konstruiert. Verschiedene Baumuster von Biomarkers wie Proteinen, spezifische DNS- oder mRNA-Reihenfolgen und verteilende Tumorzellen sind für Krebsdiagnose von den Serumproben gekennzeichnet worden. Deshalb würde QD basierter gemultiplexter Anflug [1] für das simultane Kennzeichen vieler Biomarkers zu effektivere Diagnose von Krebs führen. QDs sind kovalent mit verschiedenen Biomolekülen wie Antikörpern, Peptiden, Nukleinsäuren und anderen Ligands für prüfende Anwendungen der Fluoreszenz [6-19] verbunden worden. Einige der Anwendungen von QDs in der Biologie [20-32] zusammen mit ihrem ungeheuren Potenzial für molekulare Darstellung [33-37] sind bereits erforscht worden.

Vorteile von Anorganischen Quantums-Punkten über Organischem Fluorophores

Verglichen mit den traditionellen organischen fluorophores, die für die Fluoreszenz beschriftet in den biologischen Experimenten verwendet werden, haben anorganisches QDs die breiteren Anwendungen wegen ihres hohen Widerstands zum Photobleaching, das Sichtbarmachung des biologischen Materials während einer längeren Zeit aktiviert. Fluorophores sind für ihre lokale Umgebung sehr empfindlich und können photobleaching durchmachen, ein irreversibler Photooxydierungsprozeß, der sie nichtfluoreszierend macht. Dieses ist die Hauptbeschränkung für alle Studien, in denen die fluorophore beschriftete Zelle beobachtet werden muss übernahm Zeiträume. Fluorophores kann nur innerhalb eines schmalen Bereiches der Wellenlängen optisch erregt werden und Leuchtstoffemission wird auch auf eine bestimmte Reichweite der Wellenlängen eingeschränkt. Während QDs mit einer einzelnen Lichtquelle erregt werden kann, welche die Wellenlänge hat, die der Fluoreszenz kürzer als die Wellenlänge ist. Die Fluoreszenzspektren von QDs sind schmal symmetrisch, und haben kein rotes Heck, wie beobachtet in den fluorophores. Verschiedene Farben können ohne irgendeine Spektraldeckung beobachtet werden und unterschieden werden. Deshalb wurde die Mehrfarbenkennzeichnung von verschiedenen Zellen mit QDs von verschiedenen Farben möglich. Dieser gemultiplexte Anflug [3, 38-40] ist von den großen Zinsen an den weit reichenden Anwendungen wie Krankheitsdiagnose und -Medikamentenverabreichung.

Der Bereich von QDs ist von multidisziplinärem, während Personen von der unterschiedlichen Chemie, von der Physik, von der Biologie und von der Medizin der wissenschaftlichen Disziplinen d.h. zusammenarbeiten, um ihr Potenzial vorzuspannen. Ihre Beschäftigung für den Befund und die Behandlung von Krebs ist eine solche Anwendung, die von entscheidender Bedeutung ist.

Quantums-Punkt-Technologie

QDs sind anorganische Halbleiter nanocrystals, die typischen Durchmesser zwischen 2-8 nm haben, die eindeutige Lumineszenzeigenschaften besitzen. Sie werden im Allgemeinen aus Atomen von den Gruppen II und VI Elemente (z.B. CdSe und CdTe) oder Gruppen III und V Elemente (z.B. InP und InAs) des Periodensystems verfasst. Ihre Abmessungen sind kleiner, als der Exciton Bohr-Radius [1] das zur Quantumsbeschränkung Effekt führt, der für ihre eindeutigen optischen und elektronischen Eigenschaften verantwortlich ist.

Synthese von Quantums-Punkten

hochwertiges QDs sind durch verschiedene Anflüge [41-43] synthetisiert worden. Aber normalerweise wird ihre Synthese in den organischen Lösungsmitteln wie Toluol oder Chloroform bei den höheren Temperaturen in Anwesenheit der Tenside durchgeführt. Aber die Tensid-überzogenen Partikel sind nicht im Wasser löslich, da sie die polare Tensidkopfgruppe haben, die zum anorganischen Kern von QD befestigt werden und die hydrophobe Kette, die in das organische Lösungsmittel hervorsteht. Normalerweise beziehen alle Experimente mit Zellen wasserlösliche Materialien mit ein. Deshalb sind verschiedene Strategien entwickelt worden, um sie wasserlöslich zu machen, wo jedes die Tensidschicht durch zusätzliche Schicht wie hydrophile oder amphipathic Polymere [44-45] ersetzt oder beschichtet wird. Die hydrophobe Beschichtung des Tensids wird durch die Ligandmoleküle ausgetauscht, die Funktionsgruppen bei einem Ende tragen, die an die QD-Oberfläche binden, und hydrophile Gruppen an anderem Ende, die das QDs wasserlöslich machen. Die Beschäftigung von amphiphilen Polymeren als zusätzlichen Beschichtung auf QD-Oberfläche ist auch berichtet worden [38, 46-48]. Das hydrophobe Heck des Polymers reagiert mit der hydrophoben Tensidschicht auf QD-Oberfläche, während die hydrophilen Gruppen des Polymers am äußeren Ende Wasserlöslichkeit zuteilen. QDs sind auch in den Phospholipidmicellen [8] eingekapselt worden um sie wasserlöslich zu machen.

Eigenschaften und Anwendungen von Quantums-Punkten

Die allgemein verwendetste QD-Anlage ist der innere Halbleiterkern von CdSe beschichtete mit dem Außengehäuse von ZnS. Das ZnS-Shell ist für die chemische und optische Stabilität des CdSe-Kernes verantwortlich. QDs kann gemacht werden, um Leuchtstoffleuchte im ultravioletten an Infrarotspektrum abzugeben, gerade indem man ihre Größe sich unterscheidet. Die Wellenlänge der Fluoreszenz des QD hängt von seinem Energieabstand ab (d.h. der Unterschied zwischen dem aufgeregten und Bodenzustand) der durch die Größe des QD [49-52] bestimmt wird. QDs haben schmale Spektrallinienbreiten, sehr hohe Stufen der Helligkeit, große Absorptionskoeffizienten über einem breiten Spektralbereich, hohes photostability und Fähigkeit des gemultiplexten Befunds. Sie sind sogar unter komplexen Bedingungen sehr hell und stabil, die sie geeignet für hoch entwickelte molekulare und zelluläre Darstellung, Medikamentenverabreichung und für sehr empfindliche biologische Drogenerprobungen und Diagnosen [53-54] machen. Sehr empfindliche Echtzeitdarstellung mit größerer Auflösung und der Gleichlauf von einzelnen Empfängermolekülen auf der Oberfläche von lebenden Zellen sind durch QD-bioconjugates [13, 55] ermöglicht worden. Verschiedene Anwendungen von Quantumspunkten werden in Abbildung 1. angegeben. In die meisten Argumente, werden Funktions-QD-Paronyme für Krebsbefund aus einem Halbleiterkern (CdSe, CdTe) verfasst; ein zusätzliches Shell wie ZnS im Falle CdSe QDs, das einen höheren Bandabstand als CdSe, zum der Quantenausbeute zu erhöhen hat; eine wasserlösliche hydrophile Beschichtung; und, functionalized Antikörper oder andere Biomoleküle ergänzend zu den Zielkrebsmarkierungen an den Tumorsites.

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Anwendungen von Quantums-Punkten.

Ausgleichen der Giftigen Beschaffenheit von Quantums-Punkten

Das gediegene QDs, das von Halbleiter nanoparticles gebildet wird, sind in der Natur giftig. Es ist beobachtet worden, dass CdSe QDs zu den Zellen in hohem Grade giftig sind, die UV während einer längeren Zeit [56] ausgesetzt werden da UV, löst das CdSe auf, dadurch sie freigeben sie giftige Kadmiumionen. Jedoch sind Polymer-überzogenes QDs in Ermangelung UV ungiftig, wie durch Studien [48] in vivo gezeigt. Es ist auch gezeigt worden, dass das Micelle-eingekapselte QDs, das in den Froschembryo eingespritzt wurde, nicht seine Entwicklung [8] beeinflußte. Deshalb werden QDs normalerweise innerhalb der äußeren Beschichtung von amphiphilen Polymeren [57-58] eingekapselt um sie wasserlöslich und beständig zu machen gegen chemischen oder enzymatischen Abbau. Sie werden gewöhnlich in den organischen Lösungsmitteln wie Drei-N-octylphosphin Oxid (TOPO) [59-62] und hexadecylamine synthetisiert und haben lange Alkylketten und die Siedepunkte des Hochs, zum der Entstehung der Gesamtheiten zu verhindern. In den neuen Jahren hat es eine große Entwicklung gegeben, zum der Oberflächenchemie von QDs zu ändern, um sie wasserlöslich zu machen [63-64]. Am geläufigsten, werden QDs mit Polyäthylenglykol (KLAMMER) oder ähnlichen Ligands, um sie biocompatible zu machen verbunden und unspezifische Schwergängigkeit zu verringern. Sie werden spezifisch zur Zielsite gemacht, indem man sie zu verschiedenen bioaffinity Ligands wie Peptiden, Antikörpern, Oligonucleotides Usw. unter Verwendung der verschiedenen Strategien konjugiert. Ein mögliches Diagramm des QD-bioconjugate für den Befund von Tumorzellenbiomarkers wird in der Abbildung 2. Abbildung 3 beschreibt in Kürze die verschiedenen Schritte der QD-Technologie für die in vivo Diagnose von Krebs gezeigt.

AZoJono - der AZO-Zapfen der Nanotechnologie Online - Multifunktions-QDs normalerweise eingesetzt für das Anvisieren von Tumorzellen. QDs werden zum verschiedenen Besonderen Affinität Ligands (Peptid, Antikörper, Hibitor, Droge Usw.) für die Tumorzellenbiomarkers konjugiert

Multifunktions-QDs normalerweise eingesetzt für das Anvisieren von Tumorzellen. QDs werden zum verschiedenen Besonderen Affinität Ligands (Peptid, Antikörper, Hibitor, Droge Usw.) für die Tumorzellenbiomarkers konjugiert.

AZoJono - der AZO-Zapfen der Nanotechnologie Online - Verschiedene Schritte, wenn in vivo QDs für Diagnose von Krebs eingesetzt wird. (a) Entstehung von QD-bioconjugates, (b) Intravenöse Einspritzung von QD-bioconjugates in Maus, (c) Aktives Anvisieren von Tumorzellen durch QD-bioconjugates.

Verschiedene Schritte, wenn in vivo QDs für Diagnose von Krebs eingesetzt wird. (a) Entstehung von QD-bioconjugates, (b) Intravenöse Einspritzung von QD-bioconjugates in Maus, (c) Aktives Anvisieren von Tumorzellen durch QD-bioconjugates.

BlinkenVerhalten von Quantums-Punkten

Nirmal et al. [65] entdeckte zum ersten Mal, dass QDs eine Blinkenverhaltend.h. zeitweilige Ein-Ausemission nach kontinuierlicher Erregung zeigt, die zugeschrieben wurde, um Ionisierung [65-66] Zu Bohren. Das Prinzip dieses Verhaltens ist nicht sogar heute verstanden wohles. Aber es ist ein Interesse, nur wenn ein Signal von einzelnem QD während der Analyse wie Fluss Cytometryanwendungen gefordert wird. In solchen Fällen ist möglicherweise es möglich, dass die Emission möglicherweise vom einzelnen QD weg von passendem zu ` Blinken' zu die Vermissten des Signals am Detektor folglich führen wäre. Aber im Allgemeinen in die meisten Anwendungen wie in Wertbestimmungen auf Zellenbasis, gibt es mehr, als ein betroffener QD und selbst wenn irgendein QDs blinken, andere Signal für den abschließenden Befund geben und folglich, kein Signal durch den Detektor verfehlt wird. Eine Möglichkeit des Entgegenwirkens der verringerten Quantenausbeute, die zum Blinken passend ist, ist, ein Shell einiger Atomschichten eines Materials mit einem größeren Bandabstand oben auf den QD-Kern zu wachsen.

Effekt von Oberflächen-Functionalization auf die Optischen Eigenschaften von Quantums-Punkten

Grundlegende Studien haben aufgedeckt, dass Lumineszenz von QD für die Oberflächen-functionalization Prozeduren als die Interaktionen des Moleküls mit der Oberflächenänderung des QDS die Oberflächenladungen auf dem QD [67] sehr viel empfindlich ist. Aber viele der QD basierten prüfenden Anwendungen basieren auf der Änderung in der Fluoreszenz von QD nach der Interaktion der Zielparametermoleküle mit den Biomolekülen, die auf der QD-Oberfläche functionalized sind. Es ist gut berichtet worden, dass das Oberflächen-functionalization von QDs ihre Löslichkeit verbessert. Aber es könnte ihre Quantenausbeute auch verringern. Dieses hat im Falle meracptoacetic säurebehandelten QDs gezeigt, wo die Quantenausbeute drastisch verringert wurde [7, 63]. Aber Protein functionalized Quantumspunkte neigen, ihre Quantenausbeute beizubehalten und längere Haltbarkeitsdauer anzubieten. Sie können mit mehrfachen Funktionsgruppen [7] ohne ihre Quantenausbeute zu verringern auch weiter functionalized.

Maß Anlage für das Beobachten und den Gleichlauf von Quantums-Punkten

Einzelnes QDs kann für größere Zeitdauer bis zu einigen Stunden mit confocal Mikroskopie, Totalreflexionsmikroskopie oder epifluorescence Mikroskopie beobachtet werden und aufgespürt werden. Der Entwurf der Leuchtstoffdarstellung, die QDs als Schilder und sein Maß einsetzt, ist durch Gao et al. [68] und So et al. beschrieben worden [69]. Gao setzte et al. eine Ganzkörper-Makro-beleuchtung Anlage mit Wellenlänge-entschlossener Spektraldarstellung ein, die hohen Empfindlichkeitsbefund von molekularen Zielen in vivo erlaubt. So et al. setzte auch die Wellenlänge-entschlossene Spektraldarstellungsanlage ein, die Software hat, die Autofluorescence von den Quantumspunktsignalen sich trennte.

Aktiver und Passiver Quantums-Punkt, der Vorrichtungen Anvisiert

QD-bioconjugates können an Tumoren durch den Active und passives in vivo entbunden werden, die Vorrichtungen anvisieren, obgleich das passive Anvisieren viel langsamer und weniger effizient als das aktive Anvisieren ist. In der passiven anvisierenden Vorrichtung akkumulieren QD-bioconjugates vorzugsweise an den Tumorsites wegen des erhöhten Durchlässigkeits- und Speichereffektes [70-72]. Dieser Effekt kann den Tatsachen zugeschrieben werden, denen angiogenische Tumoren (i) endothelial GefäßWachstumsfaktoren produzieren, die für erhöhte Durchlässigkeit verantwortlich sind, (ii) Mangel eine effektive Lymphableitung, die QD-bioconjugates Aufspeicherung ergibt. Andererseits in der aktiven anvisierenden Vorrichtung, werden Antikörper-konjugiertes QDs eingesetzt, wo der Antikörper befestigt zu ihren spezifischen Tumor Biomarkers wie Prostataspezifischem Membranantigen erhält, das auf den Tumorzellen an der Zielsite vorhanden ist.

Tiefengewebe Darstellungs-Anforderungen

Es ist gezeigt worden, dass Tiefengewebedarstellung den Gebrauch von weit-roter und fast-Infrarotleuchte [73] benötigt. Dieses erfordert die Beschäftigung von fast-Infrarot-ausstrahlendem QDs, um die TumorAbbildungsempfindlichkeit als die bedeutenden Absorptionsmaxima des Bluts zu erhöhen und Wasser [74] würde nicht in dieser Region behindern.

Ausbau von Quantums-Punkten von Lebenden Zellen

Der Abstand von QDs von den lebenden Tieren und von ihrer Metabolismusnachfragevorsichtigen Aufmerksamkeits- und ausführlichenstudie vor der Technologie kann in den Menschen für die Diagnose und die Behandlung von Krebs verwendet werden. Die einzige Methode des Abstands von geschütztem QDs vom Gehäuse ist durch langsame Filtration und Ausscheidung durch die Niere, da chemischer oder enzymatischer Zusammenbruch in hohem Grade unwahrscheinlich ist.

Mögliche Anwendungen von Quantums-Punkten in der Krankheits-Diagnose und der Behandlung

Nah Zukunft sieht viele möglichen Anwendungen von QDs auf dem Gebiet der Krankheitsdiagnose und -behandlung, die auf den neuen Fortschritten in der QD-Technologie und in den ungeheuren Zinsen unter Forschern basieren.

Konjugation von Biomolekülen zu Quantums-Punkten

Verschiedene kovalente und nicht-kovalente Strategien (wie in Abbildung gezeigt sind 4) für Konjugationsbiomoleküle wie Proteine und Antikörper zum QDs entwickelt worden. Biomoleküle können gesprungen werden Crosslinkers [1, 6, 8, 17, 38, 44, 64, 75-77], die die Funktionsgruppen wie - COOH, - NH querverbinden oder -2 SHgeschenk auf der QD-Oberfläche zu den Funktionsgruppen kovalent, einsetzend, die auf den Biomolekülen anwesend sind. Heutzutage ist verschiedene Konjugationschemie für die Abänderung von Biomolekülen, um die erforderlichen Funktionsgruppen zu haben erhältlich.

Verschiedene Strategien für Konjugationsantikörper/Proteine zu QDs.

Strategien, zum von Biomolekülen Zu Ändern

Eine Strategie setzt N-Äthyl-N ′ - carbodiimide (3-diethylaminopropyl) (EDC) als heterocrosslinker ein, das die Karboxylatgruppe des QDs zur Amingruppe der Proteine querverbindet. Diese Methode benötigt keine chemische Modifikation der Proteine, wie die meisten Proteine Hauptamin enthalten.

Eine Andere Strategie basiert auf der aktiver Ester maleimide-vermittelten Kupplung des Amins und der Sulfhydrylgruppen. Aber diese Methode hat eine Beschränkung, die die freien Sulfhydrylgruppen, die in Anwesenheit des Sauerstoffes instabil sind, selten in den gediegenen Biomolekülen gefunden werden. Vor Kurzem 46] eingesetztes preactivated amphiphiles Polymer Pellegrino et al. [, das mehrfache Anhydridgeräte enthält, die in Richtung zu den primären Aminen in hohem Grade reagierend sind, für Bindeproteine zu QDs. Diese Methode hat mögliche Anwendungen für die Herstellung der nachhaltigen Medikamentenverabreichungsanlage, da polyanhydrides biologisch abbaubare Polymere sind. Aber Strategien für die genau esteuerte und orientierte Schwergängigkeit von Biomolekülen zu QDs hat nicht, viel erforscht worden zu sein. Goldman et al. [78] setzte ein Fusionsprotein für verbindliches Immunoglobulin G (IgG) zu QDs ein. Das Fusionsprotein hatte a positiv - belastetes Leucinreißverschlussgebiet, das elektrostatisch zu negativ springen - belastetes QDs und ein Protein G-Gebiet, die zur konstanten F-Regionc von IgG die Region F (AB-′) frei folglich2 verlassend für Antigenschwergängigkeit springen. Eine Technik, die auf dem Anvisieren von sauren Hälften Ni-nitriloacetic gegen hexahistidine Motive basiert, wie im Falle der Farben [79] beschäftigt, wird für das Binden von hexahistidine-mit Warnschild versehenen Biomolekülen zu QDs unter Verwendung der Nickel-nitrilotriacetischen Säure (Ni-NTA) als der Chelatbildner eingesetzt möglicherweise. Gao und seine Gruppe bei Emory UniversityUSA

Effekte von Quantums-Punkten auf Biologische Funktionen von Biomolekülen

Es ist gezeigt worden, dass in vielen Fällen, die Konjugation von Biomolekülen zu QDs die verbindliche Fähigkeit der Biomoleküle nicht bis ihre spezifischen Empfänger [6, 8-9, 13, 17, 38, 55, 58-59 64, 76-77, 80-81] und ihre biologische Funktion ändert. Kloepfer et al. [77] beobachteten, dass die Konjugation von QDs zum Transferrin nicht die Proteinfunktion beeinflußte. Dahan et al. [82] beobachteten auch, dass die Schwergängigkeit von QDs zu den membrangebundenen Empfängern keinen Effekt auf das Diffusionsverhalten der Empfänger in den Membranen hatte. Jedoch gibt es wenige Berichte, dass QDs möglicherweise die biologischen Funktionen von Biomolekülen wie der verbindlichen Affinität des Neurotransmitterserotonins zu Serotonintransporter Proteinen [14] beeinflußte. Dieses liegt möglicherweise an der sterischen Behinderung des QDs. Ausführliche Studien werden gefordert, die möglichen Effekte von QDs auf die biologischen Funktionen von Biomolekülen nachzuforschen.

Fortschritte in der Quantums-Punkt-Technologie für die Diagnose des Krebses

In den Anfangsstadien wurden QDs für einige Darstellungsanwendungen anstelle der organischen Farben eingesetzt. Aber das ungeheure Potenzial dieser Materialien wurde verwirklicht, als es beobachtet wurde, dass sie auf dem Ausstrahlen der intensiven Leuchtstoffleuchte für Wochen hielten. Dieses war eine bedeutende technologische Förderung für mikroskopische Darstellung, die half, wenn es viele zellulären Prozesse aufklappte. In den nachfolgenden Entwicklungsstufen entwickelten Forscher ein großes Interesse in der QD-Technologie und fingen an, ihre Anwendungen auf den verschiedenen Gebieten zu erforschen. Unterschiedliches QDs, das aus dem gleichen Material aber aus verschiedenen Größen bestand, war gemacht worden, die verschiedene Farben nach Aktivierung durch Leuchte einer einzelnen Wellenlänge erzeugen können. Es wurde dann, dass QDs mit Biomolekülen wie Antikörpern mit Warnschild versah, Peptide demonstriert, die Usw. eingesetzt werden kann, um spezifische Moleküle auf der Zelloberfläche oder -innere zu entdecken die Zelle.

Quantums-Punkt-Peptid Paronyme Gezeigt zu den Ziel-Tumor-Zellen

Der Gebrauch QD-Peptid Paronyme, Tumor vasculatures anzuvisieren in vivo wurde von Akerman und von den Mitarbeitern [58] berichtet. Sie setzten ZnS-mit einer Kappe bedecktes CdSe QDs ein und stellten dar, dass die anvisierenden Fähigkeiten von QDs mit verschiedenen Peptiden beschichteten. QDs beschichtete mit einem Lunge-anvisierenden Peptid, das in den Lungen der Mäuse nach intravenöser Einspritzung akkumuliert wurde. Das Peptid gelangte Grenze an Membrandipeptidase auf den endothelial Zellen in den LungenBlutgefäßen. Im zweiten Fall beschichtete QDs mit einem anvisierenden Peptid erhalten verklemmt zu den Blutgefäßen und zu den Tumorzellen in bestimmten Tumoren. Im dritten Fall beschichtete QDs mit einem anvisierenden Peptid erhalten verklemmt zu den Lymphgefäßen und zu den Tumorzellen. Die Gruppe zeigte auch die, die KLAMMER der äußeren Beschichtung der QDs verhinderten nicht selectiven Aufspeicherung von QDs in den reticuloendothelial Geweben hinzufügt.

Quantums-Punkte Fähig, LiveBRUSTKREBS-Zellen zu kennzeichnen

Ein Forschungsteam von Quantum Dot Corporation und von Genentech prüfte das Potenzial von QDs, Livebrustkrebszellen zu kennzeichnen [38] die wahrscheinlich sind, auf eine krebsbekämpfende Droge zu reagieren. Sie setzten QDs ein, das mit Immunoglobulin G und (IgG) streptavidin verbunden wurde, um Markierung Krebses anwesend zu beschriften Her2 auf der Oberfläche von Livebrustkrebszellen und erforschten auch die QD-Technologie für die simultane Kennzeichnung von Her2 auf der Zelloberfläche und im Kern. Die Forscher entdeckten gleichzeitig zwei zelluläre Ziele mit einer einzelnen Erregungswellenlänge, die dadurch zeigt, dass unterschiedliches farbiges QDs d.h. QDs von verschiedenen Größen aber von den gleichen Materialien zusammen verwendet werden könnte, um verschiedene Teile einer Einzelzelle zu unterscheiden, die folglich führt, um Zielbefund zu multiplexen.

Multifunktions-Quantum Punktiert Gleichzeitig Ziel-und Bild-Tumoren in Lebenden Tieren

Gao und Mitarbeiter berichteten über Multifunktions-QDs für das simultane Anvisieren und die Darstellung von Tumoren in lebenden Tieren [68]. In Hohem Grade stabiles QD-Paronym bestand ein amphiphiles triblock Copolymer (für in vivo Schutz) und visierte Ligands (für Tumor Antigen-Anerkennung) und mehrfache KLAMMER-Moleküle an (für verbessertes biocompatibility und Zirkulation). Das in vivo Verhalten der QD-Fühler wurde durch Gewebeschnittmikroskopie und Ganztier Spektraldarstellung geüberwacht. QD-Paronyme wurden intravenös in den Mäusen eingespritzt. Es wurde beobachtet, dass sie an den gerichteten Tumorsites durch die passive anvisierende Vorrichtung akkumulierten, wegen der undichten Art von TumorBlutgefäßen und von aktiver anvisierender Vorrichtung, wegen der Interaktion von verbundenem überzogenem QD mit Tumor-spezifischem Antikörper mit dem Tumormarker. Gao und Mitarbeiter setzten auch QDs ein, um spezifische Zellen in der Kultur zu beschriften und es wurde beobachtet, dass innerhalb eines kleinen Zeitabschnitts, QDs in den Zellkernen akkumulierte. So können die behandelten Zellen, die QDs haben, innerhalb des lebenden Tieres aufgespürt werden, nachdem man aufgrund ihrer Fluoreszenz geimpft worden ist.

Nahe Infrarot-Quantums-Punkten für das Hinweissymbol-Lymphknoten-Abbilden

Kim und Mitarbeiter [34] erforschten das Hilfsprogramm der Beschäftigung nahe Infrarot-QDs, das bei 850 nm für den HinweissymbolLymphknoten ausstrahlt, der, eine bedeutende Prozedur für den Befund des Durchstreifens von Krebszellen im Lymphknoten abbildet, der zum betroffenen Organ am nähsten ist. QDs spritzte intradermal in Livemäuse wurden gefolgt in Echtzeitsogar bis 1 cm unter der Haut im HinweissymbolLymphknoten ein. Diese Entwicklung war ein bedeutender Durchbruch, da die Größe des Schnitts benötigt, um den HinweissymbolLymphknoten zu löschen ohne den Gebrauch von radiolabels verringert wurde. Forscher versuchen, QDs für die Behandlung von Krebs zu verwenden. Eine Möglichkeit ist die Bestrahlung von QDs durch Röntgenstrahlen/Infrarotleuchte, die Wärme zum Tumor zur Verfügung stellen würden und Triggerapoptosis/Zelltod programmierte.

Quantums-Punkte für Gemultiplexte Analyse

Die Fähigkeit des QDs für gemultiplexte Analyse von vier Giftstoffen wurde von Goldman und von den Mitarbeitern [83] unter Verwendung vier unterschiedliches QDs demonstriert, das verschiedene Emissionswellenlängen in einem Zwischenlage Immunoassay mit einer einzelnen Erregungsquelle hat. Ähnlich wurden zwei Spektral- unterschiedliches QDs von Makrides und von den Mitarbeitern [84] für den Befund von zwei Proteinen in einer Westfleckwertbestimmung eingesetzt. Der gemultiplexte Anflug würde von extremer Bedeutung im Befund von verschiedenen Krebs Biomarkers sein, die an der gerichteten Tumorsite vorhanden sind.

Selbst-Illuminating Quantums-Punkte für in vivo Darstellung

Vor Kurzem wurde sie von Gruppe Jianghong Raos an Darstellung StanfordUniversityin Vivo [69] demonstriert. Die Gruppe entwickelte eine Achtveränderung Variante von Renilla-reniformis luciferase (Luc8) das im Serum stabiler ist und katalytische Leistungsfähigkeit verbessert hat. Luc8 wurde zu Polymer-überzogenem CdSe-/ZnSkern-Shell QD 655 für die Herstellung von selbst-illuminating QD-Paronymen konjugiert, die 1 ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) einsetzen carbodiimide Hydrochlorid (EDC) Crosslinker. So waren die QD-Paronyme, die gebildet wurden, da sie luminesce durch Biolumineszenzresonanz-Energieübertragung in Ermangelung (BRET) der externen Erregung selbst-illuminating. BRET ist ein Prozess, in dem Energie von einem lichtemittierenden Spenderprotein wie luciferase zu einem Leuchtstoffprotein des Akzeptanten in der Nähe übertragenes nicht--radiatively ist [69, 85-87]. Es ergab groß erhöhte Empfindlichkeit in der kleinen Tierdarstellung, die mit dem vorhandenen QDs verglichen wurde. Einer der größten Vorteile von QDs für in vivo Darstellung ist, dass ihre Emissionswellenlängen während des fast-Infrarotspektrums justiert werden können, indem man ihre Größe einstellt, so mit dem Ergebnis der photostable fluorophores, die in den biologischen Buffer in hohem Grade stabil sind. Dieses liegt an der Tatsache, dass optische Darstellung des Tiefengewebes im fast-Infrarotspektrum am besten ist, da der Rayleigh, der Abnahmen bei Zunahme der Wellenlänge zerstreuen und die bedeutenden Chromophoren an den Tieren d.h. Hämoglobin und Wasser lokales Minimum in der Absorption in diesem Spektrum haben. Antikörper gegen die entdeckt zu werden Krebs Biomarkers wurden zum Komplex QD-Luc8 unter Verwendung EDC gesprungen. Der resultierende gebildete QD-Luc8-Antibody Komplex wurde in einer krebsartigen Maus intravenös durch die Heckader für den Befund von Krebs Biomarkers eingespritzt. Die Maus wurde dann in die helle feste Kammer betäubt und übertragen. Nachfolgend nach einigem Protokoll, wurde die Substratfläche für d.h. coelenterazine Luc8 intravenös eingespritzt und die in vivo bioluminescent Bilder wurden genommen.

Quantums-Punkt Basierte Medikamentenverabreichungs-Anlage, um Krebs Anzuvisieren

Shuming Nie und Mitarbeiter [35] änderte den ursprünglichen CdSe QD mit einer undurchlässigen Beschichtung des Polymers, die das Lecken aus in hohem Grade giftigen Kadmiumionen heraus am QD-Paronym verhinderte und vorausgesetzt der Mittelwerte, das Tumor-Anvisieren von Molekülen und von Medikamentenverabreichungsfunktionalität zum QD-Paronym chemisch zu befestigen. Die Gruppe arbeitet an der Entwicklung einer Medikamentenverabreichungsanlage, die zu den Krebszellen anvisiert wird. Er entwickelt QDs, der zu den Peptiden oder zu den Antikörpern konjugiert wird, um die menschlichen Tumorzellen anzuvisieren, die in den Mäusen wachsen. QDs würde justiert, um in der Infrarotregion auszustrahlen, um Gewebeschaden an den QDs-Energieemissionen zu verhindern. QDs konjugierte zum Peptid/zu Antikörpern, die gegen die Krebsmarkierung auf der Oberfläche der Zielkrebszellen spezifisch sind, würde gemacht, um die Droge freizugeben, nur als geschlagen mit Laserlicht. Dieses würde Regelung der Zellen, die den Giftstoff empfangen, so herabsetzende Nebenwirkungen erlauben. Es gibt auch laufende Bemühungen durch die Gruppe, die Wellenlänge der Fluoreszenz des QDs über 900 nm auszudehnen, da es kaum alle mögliche Biomoleküle gibt, die über diese Wellenlänge ausstrahlen.

Die Gegenwärtige Lage von

Heute mithilfe QD-Technologie, sind Krebsforscher zum Beobachten der grundlegenden molekularen Ereignisse, in den Tumorzellen aufzutreten fähig. Dieses ist ermöglicht worden, indem man das QDs von verschiedenen Größen und folglich von verschiedenen Farben aufspürte, mit Warnschild versehen zu den mehrfachen verschiedenen biomoleules, in vivo durch Leuchtstoffmikroskopie. QD-Technologie hält ein großes Potenzial für Anwendungen wie in Nanobiotechnologie und medizinische Diagnosen an, in denen QDs als Schilder verwendet werden könnte. Aber noch benötigt der Gebrauch QDs in den Menschen umfangreiche Forschung, die Langzeitwirkungen der Verabreichung von QDs zu bestimmen.

Zukünftige Anwendungen von Quantums-Punkten in der Krebs-Diagnose und der Behandlung

Forscher haben die Erforschung von QDs gerade von den letzten zwei Jahrzehnten begonnen. Der Bereich ist noch in seiner Kindheit, aber er hat die Wissenschaftler und Ingenieure wegen der eindeutigen optischen und elektronischen Eigenschaften von QDs fasziniert. QDs haben den Bereich der molekularen Darstellung revolutioniert. Die bevorstehenden Jahre würden ihre möglichen Anwendungen auf den verschiedenen Gebieten sehen. Einer der bedeutenden Bereiche der Auswirkung ist sicher die intrazelluläre Darstellung von Livezellen. Die Technologie liefert neue Einblicke im Verständnis der Pathophysiologie Krebses und in der Darstellung und im Mit filter versehen von Tumoren. QDs ist bestimmt eins der Bauteile der vorgestellten Multifunktions-nanodevices, die krankes Gewebe entdecken, Behandlung zur Verfügung stellen und über Fortschritt in der Istzeit berichten können.

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Kontaktdaten

Dr. Sandeep Kumar Vashist

Neuroengineering und Nanobiotechnologie-Gruppe

D.I.B.E., Über Oper Pia 11A
16145 Genua Italien

E-Mail:

Prof Rupinder Tewari

Deptt. Von der Biotechnologie

Panjab-HochschulSek 14, Chandigarh Indien

Dr. RAM P. Bajpai u. Dr. L.M. Bharadwaj

Biomolekulare Elektronik-u. Nanotechnologie-Abteilung

Zentrale Wissenschaftliche Instrument-Einteilung
Sek 30, Chandigarh Indien

Prof Roberto Raiteri

Neuroengineering und Nanobiotechnologie-Gruppe

D.I.B.E., Universität von Genua
Über Oper Pia 11A
16145 Genua
Italien

Date Added: Sep 13, 2006 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 09:26

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