Quantum Dots nella diagnosi precoce dei tumori Screening precoce del cancro è auspicabile come la maggior parte dei tumori sono rilevabili solo quando raggiungono una certa dimensione quando contengono milioni di cellule che possono già metastatizzato. Attualmente impiegato tecniche diagnostiche come l'imaging medico, biopsia e il dosaggio dei fluidi corporei bioanalitici mediante test enzimatico immunoenzimatico (ELISA) non sono sufficientemente sensibili e specifici per rilevare la maggior parte dei tumori in stadio precoce. Inoltre, questi test alta intensità di manodopera, in termini di tempo, costoso e non hanno capacità di multiplexing. D'altra parte, il rilevamento basato QD è rapida, facile ed economico che permette rapidi point-of-care lo screening dei marcatori tumorali. QD hanno ottenuto proprietà uniche che li rendono ideali per la rilevazione di tumori. Questi includono fluorescenza intensa e stabile per un tempo più lungo; resistenza a photobleaching [1-5], i coefficienti di estinzione molare grande, e la rilevazione ad alta sensibilità grazie alla loro capacità di assorbire ed emettere luce in modo molto efficiente. Grazie alla loro ampia superficie-volume rapporto, un QD singoli possono essere coniugati a molecole diverse, rendendo QD attraente per l'occupazione nella progettazione di nanostrutture multifunzionale più complesse. Vari tipi di biomarker, come proteine, DNA specifico o sequenze di mRNA e di cellule tumorali circolanti sono stati identificati per la diagnosi del cancro da campioni di siero. Pertanto, QD approccio basato su multiplex [1] per l'identificazione simultanea di molti biomarcatori porterebbe ad una diagnosi più efficace del cancro. QD sono stati legati covalentemente a varie biomolecole come gli anticorpi, peptidi, acidi nucleici e di altri ligandi per fluorescenza applicazioni sondaggio [6-19]. Alcune delle applicazioni di QD in biologia [20-32] con il loro enorme potenziale per l'imaging molecolare in vivo [33-37] sono già state esplorate. Vantaggi del inorganici Quantum Dots su fluorofori organici Rispetto alle tradizionali fluorofori organici utilizzati per l'etichettatura fluorescenza in esperimenti biologici, QD inorganici sono applicazioni più ampie a causa della loro elevata resistenza agli photobleaching, che consente la visualizzazione del materiale biologico per un tempo più lungo. Fluorofori sono molto sensibili al loro ambiente locale e possono subire photobleaching, un processo irreversibile fotoossidazione che li rende non fluorescente. Questo è il limite principale per tutti gli studi in cui la struttura fluoroforo etichetta deve essere osservata in periodi di tempo prolungati. Fluorofori possono essere eccitati otticamente solo entro una ristretta gamma di lunghezze d'onda e di emissione fluorescente è inoltre possibile solo in una certa gamma di lunghezze d'onda. Mentre QD può essere eccitato con un'unica sorgente luminosa con lunghezza d'onda più corta della lunghezza d'onda di fluorescenza. Gli spettri di fluorescenza di QD sono strette, simmetrici e non hanno la coda rossa come osservato in fluorofori. Vari colori si possono osservare e distinguere senza alcuna sovrapposizione spettrale. Pertanto, l'etichettatura multicolore di strutture diverse con QD di diversi colori è diventato possibile. Questo approccio multiplex [3, 38-40] è di grande interesse in ampi applicazioni che vanno come la diagnosi della malattia e la consegna della droga. Il campo di QD è multidisciplinare come persone provenienti da diverse discipline scientifiche ad esempio la chimica, la fisica, la biologia e la medicina stanno lavorando insieme per sfruttare il loro potenziale. Il loro impiego per la rilevazione e il trattamento del cancro è una tale applicazione, che è di fondamentale importanza. Quantum Dot Tecnologia QD sono nanocristalli semiconduttori inorganici di diametro tipico a 2-8 nm che possiedono proprietà uniche luminescenti. Essi sono generalmente composti da atomi di elementi dei gruppi II e VI (ad esempio CdSe e CdTe) o gruppi III e V elementi (ad esempio InP e InAs) della tavola periodica. Le loro dimensioni fisiche sono più piccole del raggio eccitone Bohr [1] che porta al confino effetto quantistico, che è responsabile del loro proprietà uniche ottica ed elettronica. Sintesi di Quantum Dots QD di alta qualità sono stati sintetizzati da vari approcci [41-43]. Ma di solito la loro sintesi avviene in solventi organici come il toluene o cloroformio a temperature più elevate in presenza di tensioattivi. Ma il tensioattivo rivestite le particelle non sono solubili in acqua come hanno polari gruppo di testa tensioattivo attaccato al nucleo inorganiche di QD e la catena idrofoba che sporge nel solvente organico. Di solito, tutti gli esperimenti con le cellule coinvolgono sostanze solubili in acqua. Quindi, diverse strategie sono state sviluppate per renderli solubili in acqua, qualora lo strato di tensioattivo viene sostituito o rivestiti con uno strato supplementare come i polimeri idrofili o anfipatiche [44-45]. Il rivestimento idrorepellente di tensioattivo sia sostituito da molecole di ligando che trasportano gruppi funzionali ad una estremità che si legano alla superficie QD, e gruppi idrofili all'altra estremità che rendono l'acqua QD solubile. L'impiego di polimeri anfifilica come un ulteriore rivestimento sulla superficie QD è stata riportata anche [38, 46-48]. La coda idrofoba del polimero reagisce con lo strato idrofobico tensioattivo sulla superficie QD considerando che i gruppi del polimero idrofilo sul lato esterno imparto solubilità in acqua. QD sono stati incapsulati in micelle fosfolipidi [8] per renderli solubili in acqua. Proprietà e applicazioni di Quantum Dots Il sistema più comunemente usato QD è il nucleo interno del semiconduttore CdSe rivestiti con il guscio esterno di ZnS. Il guscio ZnS è responsabile per la stabilità chimica e ottica del nucleo CdSe. QD può essere fatto per emettere luce fluorescente nell'ultravioletto allo spettro infrarosso semplicemente variando le loro dimensioni. La lunghezza d'onda della fluorescenza dei QD dipende dalla sua gap energetico (cioè la differenza tra l'eccitato e lo stato fondamentale) che è determinata dalle dimensioni dei QD [49-52]. QD hanno stretto la larghezza delle linee spettrali, livelli molto elevati di luminosità, coefficienti di assorbimento di grandi dimensioni in una vasta gamma spettrale, fotostabilità elevata e la capacità di rilevazione multiplex. Sono molto luminose e stabili anche in condizioni complesse in vivo che li rendono adatti avanzate di imaging molecolare e cellulare, la consegna della droga e per biotest altamente sensibili e diagnostica [53-54]. Altamente sensibile imaging in tempo reale con una maggiore risoluzione e il monitoraggio dei singoli recettori sulla superficie delle cellule viventi sono stati resi possibili da bioconiugati QD [13, 55]. Varie applicazioni di punti quantici sono indicati in figura 1. Nella maggior parte dei casi, funzionali coniugati QD per il rilevamento del cancro sono composti da un nucleo di semiconduttori (CdSe, CdTe), un guscio aggiuntivi come ZnS nel caso di QD CdSe avere un gap di banda maggiore rispetto CdSe per aumentare il rendimento quantico, un acqua solubile rivestimento idrofilo, e, anticorpi funzionalizzati o altre biomolecole complementari ai marcatori tumorali bersaglio nei siti tumorali.  | Figura 1. Applicazioni di punti quantici. |
Superare la natura tossica di Quantum Dots Il QD nativo costituito da nanoparticelle di semiconduttori sono tossici in natura. E 'stato osservato che QD CdSe sono altamente tossici per le cellule esposte ai raggi UV per un tempo più lungo [56] come UV dissolve il CdSe, liberando in tal modo gli ioni cadmio tossico. Tuttavia, con rivestimento polimerico QD non sono tossici, in assenza di raggi UV come dimostrato da studi in vivo [48]. E 'stato anche dimostrato che la micella-incapsulato QD iniettato nella embrione di rana non ha influenzato il suo sviluppo [8]. Pertanto, QD sono normalmente incapsulati all'interno del rivestimento esterno dei polimeri anfifilica [57-58] per renderli solubili in acqua e resistenti alla degradazione chimica o enzimatica. Essi sono in genere sintetizzati in solventi organici come il tri-n-ottile-fosfinossido (TOPO) [59-62] e hexadecylamine, dopo lunghe catene alchiliche e alto punto di ebollizione, per prevenire la formazione di aggregati. Negli ultimi anni, c'è stato un grande sviluppo per modificare la chimica di superficie di QD per renderli solubili in acqua [63-64]. Più comunemente, QD sono legati alla polietilene glicole (PEG) o ligandi simili per renderli biocompatibili e ridurre legame aspecifico. Sono fatti specifici al sito di destinazione da coniugare a ligandi bioaffinity vari come i peptidi, anticorpi, ecc oligonucleotidi utilizzando diverse strategie. Uno schema possibile del bioconjugate QD per l'individuazione di biomarcatori cellula tumorale è mostrato in figura 2. Figura 3 descrive in breve le varie fasi della tecnologia QD per la diagnosi in vivo di cancro.  | QD Figura 2. Multifunzionale di solito impiegato per le cellule tumorali. QD sono coniugati a ligandi affinità varie (peptidi, anticorpi, inibitori, farmaci ecc) specifici biomarcatori per la cellula tumorale. |  | Figura 3. Varie fasi impiegando QD per la diagnosi in vivo di cancro. (A) La formazione di bioconiugati QD, (b) L'iniezione endovenosa di bioconiugati QD in un mouse, (c) attivo targeting delle cellule tumorali da parte bioconiugati QD. |
Comportamento lampeggiante di Quantum Dots Nirmal et al. [65] scoperto per la prima volta che QD mostra un comportamento lampeggiante intermittente ovvero on-off emissione su eccitazione continua, che è stato attribuito a ionizzazione Auger [65-66]. Il principio di questo comportamento non è ben compreso anche oggi. Ma è un problema solo quando un segnale da QD singoli è necessario durante l'analisi di come le applicazioni di citometria a flusso. In questi casi, può essere possibile che l'emissione dal QD individuo potrebbe essere spento a causa di 'lampeggiare' portando così alla mancanza di segnale rivelatore. Ma in generale nella maggior parte delle applicazioni come in saggi cellulari, ci sono più di una volta al dì coinvolti e anche se alcuni QD lampeggiano, altri stanno dando il segnale per la rilevazione finale e, quindi, nessun segnale non sarà raggiunto dal rilevatore. Un modo per contrastare la resa quantica ridotto a causa di lampeggiante è di far crescere un guscio di pochi strati atomici di un materiale con un gap di banda più ampia sulla parte superiore del nucleo QD. Effetto della funzionalizzazione di superfici sulle proprietà ottiche di Quantum Dots Fondamentali studi hanno rivelato che la luminescenza del QD è molto sensibile alle procedure di funzionalizzazione della superficie come le interazioni della molecola con la superficie del QD cambiare le cariche superficiali sul QD [67]. Ma molti dei QD applicazioni basate sondaggio si basano sulla variazione di fluorescenza dei QD dopo l'interazione delle molecole di analita il bersaglio con le biomolecole funzionalizzati in superficie QD. E 'stato ben segnalato che la funzionalizzazione della superficie del QD migliora la loro solubilità. Ma potrebbe ridurre la loro efficienza quantica pure. Questo ha dimostrato nel caso di meracptoacetic trattati con acido QD in cui è stata ridotta drasticamente l'efficienza quantica [7, 63]. Ma le proteine punti quantici funzionalizzati tendono a mantenere la loro efficienza quantica e offrono durata più a lungo. Possono anche essere ulteriormente funzionalizzati con più gruppi funzionali [7] senza diminuire l'efficienza quantica. Sistema di misura per l'osservazione e Tracking Punti quantici QD singoli possono essere osservati e monitorati per la durata di tempo maggiore fino a un paio d'ore con la microscopia confocale, microscopia riflessione interna totale o epifluorescenza. Lo schema delle immagini fluorescenti QD impiega come etichette e la sua misurazione è stato descritto da Gao et al. [68] e dunque et al [69]. Gao et al. impiegato un intero corpo della macro-sistema di illuminazione con la lunghezza d'onda risolto immagini spettrali, che consente il rilevamento ad alta sensibilità di bersagli molecolari in vivo. Quindi, et al. Impiegato anche la lunghezza d'onda risolta sistema di imaging spettrale avere software che separava autofluorescenza da segnali quantum dot. Attiva e passiva Quantum Dot Targeting Meccanismi Bioconiugati QD possono essere consegnati ai tumori in vivo dai meccanismi di targeting attivo e passivo anche se il targeting passivo è molto più lento e meno efficiente di targeting attivo. Nel meccanismo di targeting passivo, bioconiugati QD si accumulano preferenzialmente ai siti tumorali a causa di una maggiore permeabilità e ritenzione effetto [70-72]. Questo effetto può essere attribuito al fatto che i tumori angiogenici (i) produrre fattori di crescita vascolare endoteliale, che sono responsabili della maggiore permeabilità, (ii) la mancanza di un efficace sistema di drenaggio linfatico, che si traduce in accumulo bioconiugati QD. D'altra parte, nel meccanismo di targeting attivo, anticorpi coniugati QD sono impiegate in cui l'anticorpo si attacca alle loro biomarcatori tumorali specifiche, come l'antigene prostatico specifico di membrana presente sulle cellule del tumore al sito di destinazione. Deep Tissue Imaging Requisiti E 'stato dimostrato che l'imaging dei tessuti profondi richiede l'uso della luce lontano rosso e nel vicino infrarosso [73]. Ciò richiede l'impiego di vicino infrarosso emettono QD per aumentare la sensibilità del tumore di imaging come i picchi di assorbimento maggiore di sangue e acqua [74] non avrebbero interferito in questa regione. Rimozione di Quantum Dots da cellule viventi La clearance della QD dagli animali vivi e loro metabolismo richiede attenzione e approfondimento prima che la tecnologia può essere utilizzata nell'uomo per la diagnosi e il trattamento del cancro. L'unico modo di liquidazione dei QD protetta dal corpo è di filtrazione lenta e l'escrezione per via renale come ripartizione chimica o enzimatica è altamente improbabile. Potenziali applicazioni di Quantum Dots nella diagnosi e cura delle malattie Prossimo futuro vedrà molte potenziali applicazioni del QD nel campo della diagnosi e cura delle malattie sulla base di recenti progressi della tecnologia QD e l'enorme interesse tra i ricercatori. Coniugazione di biomolecole di Quantum Dots Varie strategie covalenti e non covalenti (come mostrato in figura 4) sono stati sviluppati per coniugare biomolecole quali le proteine e anticorpi per il QD. Biomolecole può essere associato in modo covalente reticolanti impiegando [1, 6, 8, 17, 38, 44, 64, 75-77], che crosslink i gruppi funzionali come-COOH,-NH 2 o-SH presenti sulla superficie del QD gruppi funzionali presenti sul biomolecole. Ora a un giorno, chimiche coniugazione vari sono disponibili per modificare biomolecole di avere richiesto i gruppi funzionali.   | Figura 4. Varie strategie per coniugare gli anticorpi / proteine QD. |
Strategie per modificare Biomolecole Una strategia impiega N-etil-N '- (3-diethylaminopropyl) carbodiimmide (EDC) come heterocrosslinker, che reticola il gruppo carbossilato del QD al gruppo amminico delle proteine. Questo metodo non richiede alcuna modificazione chimica delle proteine come la maggior parte delle proteine contengono ammine primarie. Un'altra strategia è basata sulla attivo estere maleimmide-mediata accoppiamento di gruppi aminici e sulfidrilici. Ma questo metodo ha una limitazione che i gruppi sulfidrilici liberi, che sono instabili in presenza di ossigeno, raramente si trovano in biomolecole nativo. Recentemente Pellegrino et al [46]. Impiegato preattivati polimeri anfifilici contenente unità anidride multipli, che sono molto reattivi verso ammine primarie, per le proteine di legame QD. Questo metodo ha potenziali applicazioni per rendere sostenibile sistema di drug delivery come polyanhydrides sono polimeri biodegradabili. Ma le strategie per il legame controllato con precisione e orientamento delle biomolecole a QD non è stato molto esplorato. Goldman et al. [78] utilizzato una proteina di fusione di immunoglobulina G vincolanti (IgG) di QD. La proteina di fusione avuto una carica positiva leucina dominio cerniera che lega elettrostaticamente al QD carica negativa e un dominio G proteina che si lega alla regione costante F c di IgG lasciando così la (ab ') F 2 region free per l'antigene vincolanti. Una tecnica basata sul targeting di Ni-nitriloacetic frazioni acido contro hexahistidine motivi, come applicata in caso di coloranti [79], può essere impiegato per il legame hexahistidine-tagged biomolecole a QD utilizzando nichel-nitrilotriacetico acido (Ni-NTA) come chelanti agente. Gao e il suo gruppo a Emory University , Stati Uniti d'America stanno lavorando sullo sviluppo di questa tecnica che avrebbe vantaggi in termini di controllo vincolanti orientata delle biomolecole, le dimensioni compatte della sonda e bassi costi di produzione. Streptavidina-biotina strategia vincolante potrebbe anche essere impiegato per biomolecole legame QD come streptavidina rivestite QD sono disponibili in commercio e può essere facilmente coniugata con biomolecole biotinilato [13, 38, 55, 59, 80]. Bioconjugation strategie diverse per QD sono mostrati in figura 4. Effetti di Quantum Dots sulle funzioni biologiche di Biomolecole E 'stato dimostrato che in molti casi, la coniugazione di biomolecole a QD non cambia la capacità vincolante delle biomolecole ai loro recettori specifici [6, 8-9, 13, 17, 38, 55, 58-59 64, 76 - 77, 80-81] e la loro funzione biologica. Kloepfer et al [77] ha osservato che la coniugazione di QD alla transferrina non ha influenzato la funzione delle proteine. Dahan et al [82] ha anche osservato che il legame di QD di recettori di membrana ha avuto alcun effetto sul comportamento diffusione dei recettori nelle membrane. Tuttavia, ci sono pochi studi che QD potrebbe influenzare le funzioni biologiche di biomolecole quali l'affinità di legame del neurotrasmettitore serotonina-trasportatore di serotonina proteine [14]. Ciò può essere dovuto al sterico del QD. Studi dettagliati sono necessari per investigare i possibili effetti della QD sulle funzioni biologiche di biomolecole. I progressi nella tecnologia Quantum Dot per la diagnosi del cancro Nelle prime fasi, QD sono stati impiegati per applicazioni di imaging diverse al posto di coloranti organici. Ma l'enorme potenziale di questi materiali è stato realizzato quando è stato osservato che continuarono a emissione di luce fluorescente intensa per settimane. Questo è stato un grande passo avanti tecnologico per le immagini microscopiche, che ha contribuito a svolgersi molti processi cellulari. Nelle fasi successive di sviluppo, i ricercatori hanno sviluppato un forte interesse per la tecnologia QD e iniziato ad esplorare le loro applicazioni in diversi campi. QD differenti composta dello stesso materiale ma di diverse dimensioni era stato fatto, che può generare diversi colori dopo l'attivazione da luce di una singola lunghezza d'onda. E 'stato poi dimostrato che QD taggati con biomolecole come gli anticorpi, peptidi, ecc possono essere utilizzati per rilevare specifiche molecole sulla superficie cellulare o all'interno della cellula. Quantum Dot-peptidi coniugati Visibile a colpire le cellule tumorali L'uso di QD-peptidi coniugati a bersaglio vasculatures tumore in vivo è stata riportata dal Akerman e collaboratori [58]. Hanno impiegato ZnS-capped QD CdSe e ha mostrato la capacità di targeting di QD rivestiti con peptidi diversi. QD rivestiti con un polmone-targeting peptide accumulato nei polmoni dei topi dopo l'iniezione per via endovenosa. Il peptide ha tenuto a dipeptidasi membrana sulle cellule endoteliali dei vasi sanguigni dei polmoni. Nel secondo caso, QD rivestiti con un peptide targeting ha legato a vasi sanguigni e cellule tumorali in alcuni tumori. Nel terzo caso, QD rivestiti con un peptide targeting ha legato a vasi linfatici e cellule tumorali. Il gruppo ha anche mostrato che l'aggiunta di PEG al rivestimento esterno del QD impedito l'accumulo selettivo di QD nei tessuti reticoloendoteliale. Quantum Dots grado di identificare le cellule vive il cancro al seno Un team di ricerca Quantum Dot Corporation e Genentech ha dimostrato il potenziale della QD per identificare vivere le cellule tumorali della mammella [38] che possono rispondere ad un farmaco anti-cancro. Hanno impiegato QD legata alla immunoglobuline G (IgG) e streptavidina di etichettare Her2 marker tumorali presenti sulla superficie delle cellule vive cancro al seno e anche esplorato la tecnologia QD per l'etichettatura simultanea di HER2 sulla superficie cellulare e nel nucleo. I ricercatori hanno rilevato contemporaneamente due bersagli cellulari con una lunghezza d'onda di eccitazione solo mostrando così che QD di colore diverso cioè QD di dimensioni diverse ma stessi materiali potrebbero essere usati insieme per distinguere le diverse parti di una singola cellula determinando in tal modo il rilevamento multiplex di destinazione. Multifunzionale Quantum Dots Contemporaneamente Tumori Target e immagini in animali viventi Gao e collaboratori segnalati QD multifunzionale per il targeting contestuale e di imaging dei tumori negli animali viventi [68]. Altamente stabile coniugato QD è stato costituito da un copolimero a tre blocchi anfifiliche (per la protezione in vivo), il targeting ligandi (per il riconoscimento antigene tumorale), e le molecole di PEG multipli (per una migliore biocompatibilità e la circolazione). Il comportamento in vivo delle sonde QD è stata monitorata mediante microscopia tessuto sezione e dell'intero animale immagini spettrali. Coniugati QD sono stati iniettati per via endovenosa nei topi. E 'stato osservato che essi accumulati nei siti tumorali bersaglio passivo meccanismo di targeting, a causa della natura che perde di vasi sanguigni del tumore, e attiva meccanismo di targeting, a causa dell'interazione di coniugato QD rivestiti con tumore-specifici anticorpi con il marcatore tumorale. Gao e colleghi di lavoro impiegate anche QD per etichettare cellule specifiche nella cultura e si è osservato che in un piccolo periodo di tempo, QD accumulato nei nuclei delle cellule. Così, le cellule trattate con QD possono essere rintracciate all'interno dell'animale vivo dopo essere stato inoculato in virtù della loro fluorescenza. Near Infrared Mapping Quantum Dots per linfonodo sentinella Kim e collaboratori [34] esplorato l'utilità di impiegare vicino QD infrarossi che emette a 850 nm per la mappatura del linfonodo sentinella, una procedura importante per il rilevamento di roaming cellule tumorali nel linfonodo più vicino al colpite organo. QD iniettati per via intradermica in topi vivi sono stati seguiti in tempo reale anche fino a 1 cm sotto la pelle del linfonodo sentinella. Questo sviluppo è stato un importante passo avanti come la dimensione di incisione necessaria per rimuovere il linfonodo sentinella è stata ridotta senza l'uso di radiolabels. I ricercatori stanno cercando di usare QD per il trattamento del cancro. Una possibilità è l'irradiazione di QD dalla luce X-rays/infrared, che forniscono calore al tumore e innescare l'apoptosi / morte cellulare programmata. Quantum Dots per l'analisi multiplex La capacità del QD per l'analisi multiplex di quattro tossine è stato dimostrato da Goldman e collaboratori [83] con quattro QD diverse lunghezze d'onda di emissione diverse in un immunodosaggio a sandwich con una sola sorgente di eccitazione. Analogamente, due QD spettralmente differenti sono stati impiegati da Makrides e collaboratori [84] per la rilevazione di due proteine in un test Western Blot. L'approccio multiplex sarebbe di estrema importanza nel rilevamento dei biomarcatori tumorali diverse presenti nel sito del tumore mirati. Auto-illuminante Quantum Dots per imaging in vivo Recentemente è stato dimostrato dal gruppo Jianghong Rao a Stanford Università che l'auto-illuminante QD coniugati (QD-Luc8) hanno potenziali applicazioni per imaging in vivo [69]. Il gruppo ha sviluppato un otto mutazione variante della luciferasi reniformis Renilla (Luc8) che è più stabile nel siero e ha migliorato l'efficienza catalitica. Luc8 era coniugato con rivestimento polimerico CdSe / ZnS nucleo shell QD 655 per fare auto-illuminante QD coniugati impiegando 1-etil-3-(3-dimetilamminopropil) carbodiimmide cloridrato (EDC) reticolante. Così, i coniugati QD formata erano auto-illuminante come luminesce dal trasferimento di energia di risonanza bioluminescenza (BRET) in assenza di eccitazione esterna. BRET è un processo nel quale viene trasferita l'energia non radiativamente da un light-emitting protein donatore come R. luciferasi reniformis ad una proteina fluorescente accettore vicino [69, 85-87]. Il risultato è stato notevolmente migliorato la sensibilità di imaging di piccoli animali rispetto al QD esistenti. Uno dei maggiori vantaggi di QD per imaging in vivo è che la loro lunghezza d'onda di emissione può essere regolato in tutto il vicino infrarosso dello spettro regolando la loro dimensione, con conseguente fluorofori fotostabili altamente stabile nei buffer biologico. Ciò è dovuto al fatto che l'imaging dei tessuti profondi ottico è migliore vicino infrarosso dello spettro, come la dispersione di Rayleigh lunghezza d'onda diminuisce con l'aumento e la maggiore negli animali cromofori cioè emoglobina e l'acqua sono minimi locali in assorbimento in questo spettro. Anticorpi contro il cancro biomarcatori per rilevare erano legati al QD-Luc8 complessi usando EDC. La risultante QD-Luc8-anticorpo complesso formato è stato iniettato in un topo canceroso per via endovenosa attraverso la vena della coda per il rilevamento dei biomarcatori tumorali. Il mouse è stato poi anestetizzato e trasferito nella camera di luce stretti. Successivamente, dopo pochi minuti, il substrato per Luc8 coelenterazine cioè è stato iniettato per via endovenosa e in vivo di immagini bioluminescenti sono state prese. Quantum Dot base Drug Delivery System a Target Cancro Shuming Nie e collaboratori [35] ha modificato il CdSe originale QD con un rivestimento impermeabile di polimero che impediva la fuoriuscita di ioni cadmio, altamente tossici dal coniugato QD e ha fornito un mezzo per attaccare chimicamente tumore-targeting molecole e la consegna funzionalità farmaco per la QD coniugato. Il gruppo sta lavorando allo sviluppo di un sistema di somministrazione di farmaci mirati alle cellule tumorali. Si sta sviluppando QD coniugati con peptidi o anticorpi bersaglio le cellule tumorali umane che crescono in topi. QD dovrebbe essere sintonizzati per irradiare nella regione infrarossa per evitare danni ai tessuti da emissioni di energia del QD. QD coniugati peptide / anticorpi specifici contro il marker tumorali sulla superficie delle cellule tumorali bersaglio sarebbe fatto rilasciare il farmaco solo quando ha colpito con luce laser. Ciò permetterebbe il controllo delle cellule che riceverà la tossina, riducendo così al minimo gli effetti collaterali. Ci sono anche in corso tentativi da parte del gruppo di estendere la lunghezza d'onda della fluorescenza della QD superiori a 900 nm, poiché ci sono pochissimi biomolecole che emettono di sopra di questa lunghezza d'onda. Lo stato attuale della Giocare Oggi, con l'aiuto della tecnologia QD, ricercatori in campo oncologico sono in grado di osservare gli eventi molecolari fondamentali che si verificano nelle cellule tumorali. Questo è stato reso possibile con il tracciamento della QD di diverse dimensioni e colori così diversi, tag a più biomoleules diversi, in vivo mediante microscopia a fluorescenza. La tecnologia QD possiede un grande potenziale per applicazioni quali nel settore delle nanobiotecnologie e diagnostica medica dove QD potrebbero essere utilizzati come etichette. Ma ancora l'uso di QD nell'uomo richiede approfondite ricerche per stabilire a lungo termine effetti della somministrazione di QD. Le applicazioni future di Quantum Dots in Diagnosi e Cura del Cancro I ricercatori hanno iniziato l'esplorazione della QD solo degli ultimi due decenni. Il campo è ancora agli inizi ma ha affascinato scienziati e ingegneri a causa delle proprietà uniche ottiche ed elettroniche di QD. QD hanno rivoluzionato il campo dell'imaging molecolare. Nei prossimi anni potrebbe vedere i loro potenziali applicazioni in diversi campi. Una delle principali aree di impatto è sicuramente l'imaging intracellulare di cellule vive. La tecnologia offrirà nuove prospettive nella comprensione della patofisiologia del cancro e nella diagnostica per immagini e di screening dei tumori. QD sarà sicuramente uno dei componenti dei nanodispositivi previsto multifunzionale in grado di rilevare tessuto malato, fornire un trattamento e il progresso di report in tempo reale. |
1. Chan WCW, Maxwell DJ, Gao X., RE Bailey, Han M. e Nie S., "QD luminescenti per il multiplex di rilevamento biologico e di imaging", Curr. Pareri. Bio., 13, 40-46, 2002. 2. AP Alivisatos, "cluster Semiconductor, nanocristalli, e punti quantici", Science, 271, 933-937, 1996. 3. Han M., Gao X, Su JZ e Nie S., "Quantum dot-tagged microsfere per banchi di codifica ottica di biomolecole", Nat. Bio., 19, 631-635, 2001. 4. Niemeyer CM, "Le nanoparticelle, proteine e acidi nucleici: Biotecnologia incontra la scienza dei materiali", Angrew. Chem. Int. Ed. Engl., 40, 4128-4158, 2001. 5. Leatherdale CA , Woo WK, Mikulec FV e Bawendi MG, "Sulla sezione trasversale di assorbimento di nanocristalli di CdSe punti quantici", J. Phys. Chem. B, 106, 7619-7622, 2002. 6. Bruchez M., Moronne M., Gin P., S. Weiss e Alivisatos AP, "nanocristalli semiconduttori come fluorescenti etichette biologiche", Science, 281, 2013-2015, 1998. 7. Mattoussi H., Mauro JM, Goldman ER, Anderson GP, Sundar VC, Mikulec FV e Bawendi MG, "L'auto-assemblaggio di CdSe-ZnS quantum dot bioconiugati utilizzando una proteina ricombinante ingegnerizzato", J. Am. Chem. Soc., 122, 12142-12150, 2000. 8. Dubertret B., Skourides P., Norris DJ, Noireaux V., Brivanlou AH e Libchaber A., "In imaging in vivo di QD incapsulato in micelle fosfolipidi", Science, 298, 1759-1762, 2002. 9. Jaiswal JK, Mattoussi H., Mauro e Simone JM SM, "a lungo termine imaging a colori multipli di cellule vive utilizzando quantum dot bioconiugati", Nat. Bio., 21, 47-51, 2003. 10. Larson DR, Zipfel WR, RM Williams, Clark SW, Bruchez MP, Wise FW e Webb WW, "idrosolubili multiphoton quantum dots per imaging di fluorescenza in vivo", Science, 300, 1434-1436, 2003. 11. Ishii, D., Kinbara K., Ishida Y., Ishii N., Okochi M., Yohda M. e T. Aida, "chaperonine-mediata stabilizzazione e ATP-triggered rilascio di nanoparticelle di semiconduttori", Nature, 423, 628 - 632, 2003. 12. Medintz IL, Clapp AR, Mattoussi H., Goldman ER, B. Fisher e Mauro JM, "biosensori nanoscala auto-assemblati sulla base di quantum dot FRET donatori", Nat. Mater., 2, 630-639, 2003. 13. Dahan M., S. Levi, C. Luccardini, Rostaing P., Riveau B. e Triller A., "dinamiche di diffusione dei recettori della glicina rivelato dal singolo quantum dot inseguimento", Science, 302, 442-445, 2003. 14. Rosenthal SJ, Tomlinson io ., Adkins EM ., S Schroeter ., Adams S ., Swafford L ., J. McBride ., Y Wang ., DeFelice LJ . e Blakely RD . "Targeting recettori della superficie cellulare con ligando-nanocristalli coniugati", J. Am. Chem. Soc., 124, 4586-4594, 2002. 15. Mahtab R., Harden HH e CJ Murphy, "Temperatura e sale-dipendente del legame alle proteine del DNA lunghe dimensioni quantum dots: termodinamica di" proteina inorganici "-DNA interazioni", J. Am. Chem. Soc., 122, 14-17, 2000. 16. Dom B., Xie W., G. Yi, Chen D., Y. Zhou Cheng e J., "Immunoassay Microminiaturized utilizzando punti quantici come etichetta fluorescente dal rilevamento scansione laser confocale a fluorescenza", J. metodi immunologici, 249, 85-89, 2001. 17. Pathak S., Choi S.-K., Arnheim N. e Thompson ME, "quantum ossidrilate punti luminescenti come sonde per l'ibridazione in situ", J. Am. Chem. Soc., 123, 4103-4104, 2001. 18. Klarreich E., "I biologi unire i puntini", Nature, 413, 450-452, 2001. 19. Mitchell P., "Puntare i riflettori sulla cellulari imaging", Nat. Bio., 19, 1013-1017, 2001. 20. Jovin TM, "Punti quantici finalmente raggiunto la maggiore età", Nat. Bio., 21, 32-33, 2003. 21. Seydel C., "Punti quantici si bagna", Scienza, 3000, 80-81, 2003. 22. Taton TA, "Bio-nanotecnologie: due traffico via", Nat. Mater., 2, 73-74, 2003. 23. Bentolila Los Angeles e S. Weiss, "Biological punti quantici go live", Phys. Mondo, 16, 23-24, 2003. 24. Uren RF, "La chirurgia del cancro unisce i puntini", Nat. Bio., 22, 38-39, 2004. 25. Michalet X., Pinaud F., Lacoste TD, M. Dahan, Bruchez MP, AP Alivisatos e Weiss S., "Proprietà di nanocristalli semiconduttori fluorescenti e la loro applicazione in materia di etichettatura biologica", Mol unico., 2, 261-276, 2001. 26. Sutherland AJ, "Punti quantici come sonde luminescenti nei sistemi biologici", Curr. Pareri. Solido Stato Mater. Sci., 6, 365-370, 2003. 27. A. Watson, Wu X. e Bruchez M., "L'illuminazione a cellule con punti quantici", BioTechniques, 34, 296-303, 2003. 28. Parak WJ, Gerione D., Pellegrino T., Zanchet D., Micheel C., Williams SC, Boudreau R., Le Gros MA, Larabell CA e Alivisatos AP, "Applicazioni biologiche di nanocristalli colloidali", Nanotechnology, 14, R15- 27, 2003. 29. Bagwe RP, Zhao X. e Tan W., "le nanoparticelle Bioconjugated luminescenti per applicazioni biologiche", J. dispersione. Sci. Technol., 24, 453-464, 2003. 30. Dubertret B., "imaging in vivo utilizzando punti quantici", J. Med. Sci., 19, 532-534, 2003. 31. Alivisatos AP, "L'utilizzo di nanocristalli nel rilevamento biologico", Nat. Bio., 22, 47-51, 2004. 32. Pellegrino T., S. Kudera, Liedl T., Javier AM, Manna L. e Parak WJ, "Sullo sviluppo di nanoparticelle colloidali verso strutture multifunzionali e loro possibile utilizzo per le applicazioni biologiche", Piccolo, 1, 48-63, 2005 . 33. Michalet X., Pinaud FF, Bentolila LA, Tsay JM, Doose S., Li JJ, Sundaresan G., Wu AM, Gambhir SS e S. Weiss, "Punti quantici di cellule vive, imaging in vivo, e la diagnostica", Science, 307, 538-544, 2005. 34. Kim S., Lim YT, Soltesz EG, De Grand AM, Lee J., Nakayama A., Parker JA, Mihaljevic T., RG Laurence, DM Dor, Cohn LH, Bawendi MG e Frangioni JV ", nel vicino infrarosso di tipo fluorescente II quantum dots per la mappatura del linfonodo sentinella ", Nat. Bio., 22, 93-97, 2004. 35. Gao X, Y. Cui, RM Levenson, Chung LWK e Nie S., "Nel cancro vivo targeting e di imaging con punti quantici di semiconduttori", Nat. Bio., 22, 969-976, 2004. 36. Jaiswal JK e Simon SM, "Potenzialità e insidie di fluorescente punti quantici per l'imaging biologico", Tendenze Biol cella., 14, 497-504, 2004. 37. Medintz IL, Uyeda HT, Goldman ER e Mattoussi H., "Quantum dot bioconiugati per l'imaging, l'etichettatura e di rilevamento", Nat. Mater., 4, 435-446, 2005. 38. X. Wu, Liu H., Haley KN, Treadway JA, Larson JP, Ge N., Peale F. e Bruchez MP, "etichettatura immunofluorescenza di tumore Her2 marcatore e altri obiettivi cellulari con punti quantici di semiconduttori", Nature Biotechnology, 21, 41-46, 2003. 39. Mattheakis LC, Dias JM, Choi Y.-J., Gong J., Bruchez M., Liu J. e E. Wang, "codificazione ottico di cellule mammialian utilizzando punti quantici di semiconduttori", Anale. Biochem., 327, 200-208, 2004. 40. Rosenthal SJ, "Bar-codifica biomolecole con nanocristalli fluorescente", Nat. Bio., 19, 621-622, 2001. 41. Talapin DV, Rogach AL, Kornowski A., Haase M. e H. Weller, "altamente luminescenti monodisperse CdSe e CdSe / nanocristalli ZnS sintetizzato in un hexadecylamine trioctylphosphine-ossido-trioctylphosphine miscela", Nano Lett.., 1, 207-211, 2001. 42. Peng ZA e Peng X., "La formazione di alta qualità CdTe, CdSe, e utilizzando nanocristalli di CdS CdO come precursore", J. Am. Chem. Soc., 123, 183-184, 2001. 43. Reiss P., Bleuse J. e A. Pron, "altamente luminescenti CdSe / ZnSe core / shell nanocristalli di dispersione bassa dimensione", Nano Lett.., 2, 781-784, 2002. 44. Parak WJ, Gerione D., Zanchet D., Woerz AS, Pellegrino T., Micheel C., Williams SC, Seitz M., Bruehl RE, Bryant Z., Bustamante C., Bertozzi CR e Alivisatos AP, "Coniugazione del DNA a silanizzata colloidale nanocrystaline punti quantici di semiconduttori ", Chem. Mater., 14, 2113-2119, 2002. 45. Wilhelm C., Billotey C., Roger J., Pons JN, Bacri JC e Gazeau F., "uptake intracellulare di superparamagnetiche anionici nanoparticelle in funzione del loro rivestimento superficiale", Biomateriali, 24, 1001-1011, 2003. 46. Pellegrino T., Manna Kudera L. e S., "nanocristalli idrofobo rivestito con un polimero anfifilici shell: un itinerario generale nanocristalli solubile in acqua", Nano Lett., 4, 703-07, 2004.. 47. Petruska MA, Bartko AP e Klimov VI, "Un approccio anfifilici a nanocristalli quantum dot-titanio nanocompositi", J. Am. Chem. Soc., 126, 714-715, 2004. 48. Ballou B., Lagerholm aC, Ernst LA , Bruchez MP e Waggoner AS, "imaging non invasivo di punti quantici in topi", Bioconjug. Chem., 15, 79-86, 2004. 49. Murray CB, Kagan CR e Bawendi MG, "Sintesi e caratterizzazione di nanocristalli monodisperse e fitte assemblee nanocristalli", Annu. Rev. Mater. Sci., 30, 545-610, 2000. 50. Qu L. e Peng X., "Controllo delle proprietà di fotoluminescenza di nanocristalli di CdSe in crescita", J. Am. Chem. Soc., 124, 2049-2055, 2002. 51. Kippeny T., Swafford Los Angeles e Rosenthal SJ, "nanocristalli semiconduttori: un potente aiuto visivo per introdurre la particella in una scatola"., J. Chem Educ, 79, 1094, 2002. 52. Yu WW, "nanocristalli determinazione sperimentale del coefficiente di estinzione di CdTe, CdSe, CdS e" Qu L., Guo W. e Peng X.,, Chem. Mater., 15, 2854-2860, 2003. 53. Gao XH e Nie SM, "profiling molecolare delle singole cellule e campioni di tessuto con punti quantici", Tendenze biotecnologia., 21, 371-373, 2003. 54. Jovin TM, "Punti quantici finalmente raggiunto la maggiore età", Nat. Bio., 21, 32-33, 2003. 55. Lidke DS, P. Nagy, Heintzmann R., Arndt-DJ Jovin, Post JN, Grecco HE, Jares-Erijman EA e Jovin TM, "Quantum ligandi dot fornire nuove intuizioni erbB / recettore HER-mediata di trasduzione del segnale", Nat. Bio., 22, 198-203, 2004. 56. Derfus AM, Chan WCW e Bhatia SN: "Sondaggio della citotossicità di punti quantici di semiconduttori", Nano Lett.., 4, 11-18, 2004. 57. Akerman ME , Chan WCW, Laakkonen P., Bhatia SN e Ruoslahti, E., "nanocristalli targeting in vivo", PNAS, 99, 12617-21, 2002. 58. Ness JM, Akhtar RS, Latham CB e Roth KA, "Combined amplificazione del segnale tyramide e punti quantici per pelli sensibili e fotostabili rilevazione immunofluorescenza", J. Histochem. Cytochem., 51, 981-987, 2003. 59. Peng X., Schlamp MC, Kadavanich, AV e Alivisatos AP, "la crescita epitassiale di altamente luminescente CdSe / CdS core / shell nanocristalli con fotostabilità e di accessibilità elettronica", J. Am. Chem. Soc., 119, 7019-7029, 1997. 60. Murray CB, Norris DJ e Bawendi MG, "Sintesi e caratterizzazione di CdE quasi monodisperse (E = S, Se, Te) nanocrystallites semiconduttori", J. Am. Chem. Soc., 115, 8706-8715, 1993. 61. Dabbousi BO, J. Rodriguez-Viejo, Mikulec FV, Heine JR, Mattoussi H., Ober R., Jensen KF e Bawendi MG, "(CdSe) ZnS core-shell punti quantici: Sintesi e caratterizzazione di una serie di dimensioni altamente luminescenti nanocrystallites ", J. Phys. Chem. B, 101, 9463-9475, 1997. 62. Hines "Sintesi di luminescing ZnS fortemente innevate nanocristalli di CdSe" MA e Guyot-Sionnest P.,, J. Phys. Chem. B, 100, 468-471, 1996. 63. Chan WCW e Nie S., "Quantum dot bioconiugati ultrasensibile per il rilevamento nonisotopic", Science, 281, 2016-2018, 1998. 64. Mitchell GP, Mirkin CA e Letsinger RL, "assemblea programmata del DNA funzionalizzati punti quantici", J. Am. Chem. Soc., 121, 8122-8123, 1999. 65. Nirmal M., Dabbousi BO, Bawendi MG, Macklin JJ, Trautman JK, Harris TD e Brus LE, "intermittenza fluorescenza in nanocristalli singolo seleniuro di cadmio", Nature, 383, 802-804, 1996. 66. Efros, AL e Rosen, M., "telegrafo casuale segnale nell'intensità fotoluminescenza di un singolo punto quantico", Phys. Rev. Lett.., 78, 1110-1113, 1997. 67. Chen Y. e Z. Rosenzweig, "luminescenti CdS punti quantici come sonde iono-selettivo", Anale. Chem., 74, 5132-5138 , 2002. 68. Gao X, Y. Cui, RM Levenson, Chung LWK e Nie, S., "Nel cancro vivo targeting e di imaging con punti quantici di semiconduttori", Nature Biotechnology, 22, 969-76, 2004. 69. Così MK, Xu C., Loening AM, Gambhir SS e Rao J., "auto-illuminante quantum dot coniugati per imaging in vivo", Nature Biotechnology, 24, 339-43, 2006. 70. Duncan R., "L'era alba di terapie polimero", Nat. Rev. Drug scoperte., 2, 347-360, 2003. 71. RK Jain, "Trasporto di molecole, particelle, e le cellule dei tumori solidi", Ann. Rev. Biomed. Ing. , 1, 241-263, 1999. 72. RK Jain, "La consegna di medicina molecolare di tumori solidi: lezioni di imaging in vivo dell'espressione genica e della funzione", J. controllo. Rilascio, 74, 7-25, 2001. 73. Cheong WF, Prahl SA e Welch AJ, "Una rassegna delle proprietà ottiche dei tessuti biologici", IEEE J. Quantum Electron., 26, 2166-2185, 1990. 74. Ntziachristos V., Bremer Weissleder C. e R., "l'imaging a fluorescenza con luce nel vicino infrarosso: nuovi progressi tecnologici che consentono di imaging in vivo molecolare", Eur. Radiol., 13, 195-208, 2003. 75. Zhang CY, H. Ma, Nie SM, Y. Ding, Chen Jin L. e DY, "Quantum dot-etichettati trichosanthin", analista, 125, 1029-1031, 2000. 76. JO inverno, Liu TY, Korgel BA e Schmidt CE ", molecola riconoscimento diretto interfacciamento tra punti quantici di semiconduttori e le cellule nervose", Adv. Mater., 13, 1673-1677, 2001. 77. Kloepfer JA, Mielke RE, Wong MS, Nealson KH, Stucky G. e Nadeau JL, "Punti quantici come ceppo-e il metabolismo specifico etichette microbiologico", ric. Environ. Microbiol., 69, 4205-4213, 2003. 78. Goldman ER, Anderson, GP, Tran PT, Matttoussi H., Charles PT e Mauro JM, "Coniugazione di luminescenti punti quantici con anticorpi utilizzando una proteina adattatore progettato per fornire nuovi reagenti per fluoroimmunoassays", Anale. Chem., 74, 841-47, 2002. 79. Kapanidis AN, Ebright YW e Ebright RH, "sito-specifico inserimento di sonde fluorescenti in proteine: hexahistidine-tag-mediata con marcatura fluorescente (Ni (2 +): Acido nitrilotriacetico (n)-fluorocromo coniugati", J. Am Chem. . Soc. Coop., 123, 12123-25, 2001. 80. Tokumasu F. e J. Dvorak, "Sviluppo e applicazione di punti quantici per immunocitochimica degli eritrociti umani", J. Microsc., 211, 256-261, 2003. 81. Gerione D., F. Chen, Kannan B., Fu A., Parak WJ, Chen DJ, Majumdar A. e Alivisatos AP, "ultra-veloce a temperatura ambiente di rilevamento singolo polimorfismo del nucleotide e multi-allele rilevazione del DNA utilizzando sonde fluorescenti nanocristalli e microarray ", Anale. Chem., 75, 4766-4772, 2003. 82. Dahan M., Laurence T., F. Pinaud, Chemla DS, AP Alivisatos, Sauer M. e S. Weiss, "Time-gated di imaging biologico mediante l'uso di punti quantici colloidali", Opt. Lett., 26, 825-827, 2001. 83. Goldmann ER, Clapp AR, Anderson GP, Uyeda HT, Mauro JM, Medintz IL e Mattoussi H., "Multiplexed delle tossine con quattro colori di fluororeagents quantum dot", Anale. Chem., 76, 684-88, 2004. 84. Makrides SC , Gasbarro e C. Bello JM, "Bioconjugation di quantum dot sonde luminescenti per analisi western blot", BioTechniques, 39, 501-506, 2005. 85. Ward WW e Cormier MJ, "Il trasferimento di energia attraverso interazioni proteina-proteina in bioluminescenza Renilla", Photochem. Photobiol., 27, 389-396, 1978. 86. T. Wilson e Hastings JW, "bioluminescenza", Annu. Rev. cella Dev. Biol., 14, 197-230, 1998. 87. De A. e Gambhir SS, "non invasiva di imaging di interazioni proteina-proteina da cellule vive e soggetti viventi usando la risonanza trasferimento bioluminescenza energia", FASEB J., 19, 2017-2019, 2005. |