CZ309422B6 - Povrchově modifikované částice - Google Patents

Povrchově modifikované částice Download PDF

Info

Publication number
CZ309422B6
CZ309422B6 CZ2020-535A CZ2020535A CZ309422B6 CZ 309422 B6 CZ309422 B6 CZ 309422B6 CZ 2020535 A CZ2020535 A CZ 2020535A CZ 309422 B6 CZ309422 B6 CZ 309422B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
particles
core
modified
inner shell
peg
Prior art date
Application number
CZ2020-535A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ2020535A3 (cs
Inventor
Petr CĂ­gler
Cígler Petr Mgr., Ph.D.
Jitka Neburková
Neburková Jitka RNDr., Ph.D.
Jiří Schimer
Schimer Jiří Mgr., Ph.D.
Miroslava Guricová
Miroslava Ing. Guricová
Marian HajdĂşch
Hajdúch Marian doc. MUDr., Ph.D.
Hana Jaworek
Hana Mgr. Jaworek
Martin Ondra
Martin Mgr. Ondra
Agáta Kubíčková
Agáta Mgr. Kubíčková
Original Assignee
Ústav organické chemie a biochemie AV ČR, v. v. i.
Univerzita Palackého v Olomouci
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ústav organické chemie a biochemie AV ČR, v. v. i., Univerzita Palackého v Olomouci filed Critical Ústav organické chemie a biochemie AV ČR, v. v. i.
Priority to CZ2020-535A priority Critical patent/CZ309422B6/cs
Priority to US18/028,669 priority patent/US20230366886A1/en
Priority to AU2021353733A priority patent/AU2021353733A1/en
Priority to EP21802198.8A priority patent/EP4222494A1/en
Priority to CA3193521A priority patent/CA3193521A1/en
Priority to PCT/CZ2021/050103 priority patent/WO2022068982A1/en
Priority to IL301812A priority patent/IL301812A/en
Publication of CZ2020535A3 publication Critical patent/CZ2020535A3/cs
Publication of CZ309422B6 publication Critical patent/CZ309422B6/cs

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/58Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving labelled substances
    • G01N33/585Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving labelled substances with a particulate label, e.g. coloured latex
    • G01N33/587Nanoparticles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y15/00Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54313Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals the carrier being characterised by its particulate form
    • G01N33/54326Magnetic particles
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C17/00Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/06Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with metals
    • C03C17/10Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with metals by deposition from the liquid phase
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C17/00Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/22Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with other inorganic material
    • C03C17/23Oxides
    • C03C17/25Oxides by deposition from the liquid phase
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F220/00Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F220/02Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F220/52Amides or imides
    • C08F220/54Amides, e.g. N,N-dimethylacrylamide or N-isopropylacrylamide
    • C08F220/58Amides, e.g. N,N-dimethylacrylamide or N-isopropylacrylamide containing oxygen in addition to the carbonamido oxygen, e.g. N-methylolacrylamide, N-(meth)acryloylmorpholine
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54393Improving reaction conditions or stability, e.g. by coating or irradiation of surface, by reduction of non-specific binding, by promotion of specific binding
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/551Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals the carrier being inorganic
    • G01N33/553Metal or metal coated

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
  • Glanulating (AREA)
  • Manufacturing Of Micro-Capsules (AREA)
  • Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)

Abstract

Povrchově modifikované částice obsahující jádro, vnitřní slupku a vnější slupku, kde jádro je tvořeno nekovovým materiálem, vnitřní slupka je tvořena vrstvou kovu a vnější slupka je tvořena biokompatibilním polymemím kartáčem. Jejich aplikace umožňuje v biologických vzorcích přímou optickou detekci biomolekul jako jsou nukleové kyseliny, proteiny, polysacharidy a glykoproteiny.

Description

Povrchově modifikované částice
Oblast techniky
Vynález se týká částic, umožňujících přímou optickou detekci v in vitro diagnostice závažných onemocnění.
Dosavadní stav techniky
Diagnostické metody jsou v současnosti základem pro úspěšnou léčbu prakticky všech onemocnění. Laboratorní vyšetření vzorku tělních tekutin či tkání je často prováděno metodami tzv. in vitro diagnostiky. Takto získané výsledky slouží mimo jiné k vyhledávání nemocí (screening, například diabetes, onemocnění prostaty, nádory tlustého střeva a konečníku), k určení či upřesnění diagnózy, k určení prognózy či k epidemiologickým studiím. Biologický znak, (bio)marker, muže být vyšetřován na úrovni metabolické, genomické (DNA i RNA) nebo proteinové. Mezi nejčastěji používané techniky v této oblasti patří imunohistochemie (IHC) a in situ hybridizační techniky (ISH).
Principem IHC je stanovení zvýšené exprese proteinu na úrovni tkáňové anebo buněčné. Technické detaily provedení se od sebe v určitých bodech liší, například rozdílné doby inkubace, druhy použitých protilátek, jejich ředění atd. Nej častěji se technika provádí na paratinizovaných tkáních, které se nejprve deparafmizují a rehydratují. Poté se blokují nespecifické vazby imunoglobulinu v blokačním roztoku inertní bílkoviny. Po promytí se vzorky inkubují s primární anti-protilátkou. Po promytí je nejčastěji aplikována sekundární protilátka, konjugovaná s vhodným detekčním systémem. Vizualizace probíhá například pomocí enzymu peroxidázy a diaminobenzidinu za vzniku hnědého nerozpustného barviva, které vizualizuje oblast tkáně s pozitivním signálem. Preparát se zalije pod krycí sklíčko a hodnotí ve světelném mikroskopu. Problémem IHC detekce bývá například pozadí endogenní enzymatické aktivity (např. peroxidázová aktivita v makrofázích) i nižší ostrost signálu (difúze substrátu při enzymatické reakci) ve srovnání například s fluorescenčním značením.
Techniky ISH mají vysokou specifitu, reprodukovatelnost a rychlost stanovení (do 24 hodin). Pomocí nich lze stanovit počet jednotlivých onkogenů v buněčném jádře. Preparáty jsou přeneseny do vodného pufiru a následně denaturovány ve formamidovém pufiru, promývány ethanolem a inkubovány se značenou detekční sondou. Tyto metody ve velké většině využívají interakce synteticky připraveného úseku DNA (DNA detekční sonda), který nese chemickou nebo fluorescenční značku, která umožňuje přímou vizualizaci daného úseku DNA. V případě fluorescenčního značení (fluorescenční in situ hybridizace, FISH) se pozitivita signálu v buňkách přímo odečítá pod fluorescenčním mikroskopem. V případě detekčního systému enzymatického (chromogenic in situ hybridization, CISH) se DNA/RNA próba značí vhodně modifikovaným nukleosidem (např. biotin, skupina vhodná pro bioorthogonální kovalentní konjugaci atd.) a detekce se provádí nej častěji enzymatickým systémem v obdobném provedení i s podobnými nevýhodami jako v případě IHC. Signál lze odečíst pomocí mikroskopie ve světlém poli (tzv. „brightfield mikroskopie“)· Vzhledem k dostupnosti a nízké ceně světelných mikroskopů je technika CISH široce využívána v klinické diagnostice. Výhoda dostupnosti je ovšem vykoupena neostrostí signálu danou limitacemi enzymatického detekčního systému, nižší citlivostí metody ve srovnání s FISH a náročnější přípravou vzorku způsobenou inkubací s enzymy generujícími barevné látky.
V současné době existuje celá řada komerčně využívaných modifikovaných sond pro FISH značených různými fluorescenčními značkami, ale neexistuje žádná značka umožňující přímou detekci pomocí extinkce viditelného světla.
- 1 CZ 309422 B6
Intenzitu extinkce, a tedy i barevný kontrast ve viditelné oblasti poskytnutý danou sloučeninou, lze kvantifikovat pomocí extinkčního koeficientu εχ, kde λ označuje vlnovou délku světla, při které extinkci měříme. Barevnost organických i anorganických molekul je nej častěji způsobena absorpcí záření ve viditelné oblasti, spojenou s excitací vazebných elektronů. Běžná barviva vykazují nízké hodnoty εχ, které se pohybují v rozmezí přibližně 1.104 až 2.105 M1 cm1. Při takto nízkých hodnotách εχ a reálných hybridizačních a amplifikačních stechiometriích použitelných v IHC nebo ISH není možné pozorovat lokalizovaný kontrast pomocí mikroskopie ve světlém poli. Pro možnost přímého značení barvivém v IHC nebo ISH by muselo barvivo mít εχ minimálně o 5 až 6 řádu vyšší.
V nanosystémech tvořených vzácnými kovy (Au, Ag, Pt), je mechanizmus extinkce záření odlišný. Při interakci světelného záření s kovovou nanočásticí začnou volné fotony v mřížce kovu skupinově oscilovat se stejnou frekvencí, jako má působící světlo. Tento fenomén je známý jako lokalizovaná povrchová plazmonová rezonance, která se skládá ze dvou hlavních příspěvků: 1) rozptylu, kdy je dopadající světlo vyzářeno se stejnou energií, avšak všesměmě, 2) absorpce fotonů vytvářející charakteristický absorpční pás v UV-vis spektru, jejichž energie je v tomto případě přeměněna na teplo. Tyto dva příspěvky lze shrnout jako extinkci, kterou pozorujeme jako celkový optický projev kovových plazmonickýeh nanosystémů.
Z pohledu detekce ISH je významný fakt, že molámí extinkční koeficienty pro základní typy plazmonickýeh nanočástie jsou o 4 až 5 řádů vyšší než pro molekulární barviva (Jain P. K. et al., J. Phys. Chem. B 2006, 110, 7238-7248). Pro přímé použití však zlaté ani stříbrné nanočástice stále nemají dostatečné extinkční vlastnosti. Pro IHC/ISH tak byla v poslední době vyvinuta tzv. metalografická detekce založená na peroxidáze z křenu, která je konjugována k sekundární protilátce (Powell R. D. ct al., Hum. Pathol. 2007, 38. 1145 1159). V přítomnosti Ag+ dochází k jeho redukci na nanočástice kovového stříbra, které má intenzivnější absorpci než molekulární barviva a vyšší stabilitu zbarvení. Další metalografickou technikou je zesílení extinkce velmi malých zlatých nanočástie (< 2 nm), které jsou navázány pomocí konjugátů s protilátkami na cílovou strukturu (Tubbs R. et al., J. Mol. Histol. 2004, 35, 589-594). Zesílení se uskutečňuje pomocí sekundární redukce zlata nebo stříbra indukované preferenčně na povrchu částic. Nevýhodami těchto metalografických metod jsou, podobně jako u molekulárních barviv, dlouhé inkubační časy potřebné k sekvenčnímu navázání protilátek, časově náročná in situ redukce kovu, a vysoké pozadí způsobené nespecifickou redukcí na biomolekulách.
Kovové nanoskořápky jsou částice s nekovovým jádrem obaleným kovovou vrstvou. Představují jedny z nejvíce světlo absorbujících a zároveň rozptylujících nanostruktur známých v přírodě. Jejich molámí extinkční koeficient εχ dosahuje v maximu extinkce hodnot kolem 1012 M1 cm1 a ve srovnání s molekulárními barvivý leží přibližně o 7 až 8 řádů výše. Nanoskořápky byly dosud použity např. pro detekci a kvantifikaci analytů pomocí povrchově zesíleného Ramanova rozptylu, např. glukózy nebo proteinů (US 6699724 Bl). Dále byly použity např. pro uvolňování molekul ze svého povrchu způsobeného zahřátím nanoskořápek absorpcí světla v blízké infračervené oblasti (US 2020164072 Al). Pro podobné aplikace postačuje zakotvení nanoskořápek v zesíťovaném polymemím gelu nebo stabilizace povrchu nanoskořápek reakcí kovového povrchu s thiolovaným poly(ethylenglykolem), který se naváže na povrch pomocí vazeb kov-síra. Tento přístup navázání polymeru vede ke konformaci polymemího řetězce typu houba („mushroom conformation“), která poskytuje pouze základní koloidní ochranu.
Je známé, že pro vysoce selektivní aplikace nanočástie v biologickém prostředí je potřeba povrch nanočástie pokrýt tzv. biokompatibilním polymemím kartáčem („polymer brush“) (C. Cruje and D. B. Chithrani, Rev. Nanosci. Nanotechnol. 2014, 3, 20-30). Tento typ povrchu vykazuje uspořádání s vysokou plošnou hustotou polymeru a zajišťuje účinnou ochranu proti opsonizaci, nespecifické adsorpci biomolekul na povrch částic i prevenci adsorpce nanočástie na biologické struktury jako jsou, např. buněčná membrána a buněčné organely. U kovových nanoskořápek se však dosud nepodařilo takového typu pokrytí povrchu dosáhnout.
-2CZ 309422 B6
Podstata vynálezu
Předmětný vynález řeší problém přímé detekce v in vitro diagnostice pomocí extinkce světla za použití částic s nekovovým jádrem obaleným kovovou vrstvou, známých jako nanoskořápky (nanoshells), které jsou však zcela specificky povrchově modifikované.
Z pohledu IHC a ISH detekčních systémů dosahují extinkční vlastnosti nanoskořápek do oblasti, kde může být lokalizovaná extinkce způsobená pouhou vazbou nanočástic na cílovou buněčnou strukturu přímo pozorovatelná pomocí mikroskopie ve světlém poli (tedy za výhodných instrumentaěních podmínek podobných CISH). Oproti CISH ovšem není nutné použít enzymatický detekční systém, mezi jehož hlavní nevýhody patří neostrost signálu, nižší citlivost, nízká teplotní stabilita a nutnost dlouhodobého skladování v chladu, častá endogenní aktivita ve vyšetřovaných tkáních, která vede ke zvyšování pozadí a/nebo snižování specificky detekce.
Předmětný vynález předkládá částice s polymemí povrchovou modifikací, která nově umožňuje jejich koloidní stabilizaci v roztocích s iontovou silou (pufrech, médiích, krvi, biologických kapalinách) a především potlačení nespecifických interakcí s biomolekulami a biologickými rozhraními. Dále je popsán způsob jejich výroby a způsob připojení molekul, potřebných pro selektivní rozpoznání a následnou vizualizaci detekovaných biomarkerů přímo v tkáních a buňkách.
Předmětem vynálezu jsou povrchově modifikované částice obsahující jádro, vnitřní slupku a vnější slupku, kde jádro je tvořeno hydratovaným oxidem křemičitým a má průměr di v rozmezí 20 nm až 1 pm, vnitřní slupka je tvořena zlatém o tloušťce d2 v rozmezí 2 až 60 nm, vnější slupka o tloušťce d3 v rozmezí 2 až 200 nm je tvořena vrstvou polymeru obecného vzorce II
(Π), kde x = 2až50, y = 5až 5000, z = 0 až 2000, z/y = 0 až 0,4;
R jsou vzájemně stejné nebo různé, přičemž každé Rje zvoleno ze skupiny, zahrnující -CH;-C=CH a -(CHíjn-triazolyl-R1, kde R1 je vybrán ze skupiny -(PEG)p-mannosa (PEG = ethylenglykolový můstek), -(PEG)p-biotin, -(PEG)p-biotin-streptavidin, -(PEG)p-biotinavidin, (PEG)p-biotin-neutravidin, kde p = 1 až 20 a ve výhodném provedení p = 4 až 12; přičemž skupina PEG je navázána na triazolyl prostřednictvím koncové -CH2- skupiny, přičemž streptavidin, avidin a neutravidin jsou navázány nekovalentně pomocí komplexu s biotinem;
který je k povrchu vnitřní slupky uchycen pomocí atomů síry, vytvářejících vazbu Au-S s atomy kovu, jak znázorňují čárkované vazby označující atomy síry podílející se na vazbě Au-S.
-3 CZ 309422 B6
Materiálem jádra hydrátovaný oxid křemičitý. Hydrátovaný oxid křemičitý může být připravený pomocí Stoberova procesu, např. hydrolýzou tetraethoxy sílánu.
Vnitřní slupka má výhodně tloušťku d2 v rozmezí 3 až 25 nm, výhodněji 5 až 20 nm.
Vnější slupka má s výhodou tloušťku d3 v rozmezí 5 až 100 nm, výhodněji 10 až 60 nm.
Polymer II tvořící vnější slupku slouží k potlačení nespecifických interakcí modifikovaných částic v biologickém prostředí (tedy jako tzv. polymerní kartáč, angl. polymer brush) a k připojení molekul umožňujících selektivní rozpoznání a následnou vizualizaci detekovaných biomarkerů přímo v tkáních, buňkách a biologických vzorcích.
V částicích podle předkládaného vynálezu jsou obvykle jádro, vnitřní slupka a vnější slupka uspořádány v podstatě koncentricky.
Předmětem vynálezu je dále způsob přípravy povrchově modifikovaných částic, při němž se částice obsahující jádro a vnitřní slupku podrobí reakci se sloučeninou III
(III), kde x má výše uvedený význam, a která je případně ve směsi s kyselinou lipoovou v molámím poměru kyselina lipoová:III = 2:1 až 6:1, s výhodou 4:1, a následnou radikálovou polymerací monomeru IV
(IV), který případně obsahuje příměs 0 až 40 molámích % monomeru V
V—/ 'W' (V), kde R má výše uvedený význam, připraví polymer II
-4CZ 309422 B6
(Π), kde R, x, y, z mají výše uvedený význam, připojený na vnitřní slupku částic, čímž se vytvoří vnější slupka.
Předmětem vynálezu je také způsob přípravy povrchově modifikovaných částic, při němž se reakcí sloučeniny IIA
(IIA) s polymerem IIB
(IIB) připraví polymer IIC
-5CZ 309422 B6
OH (IIC), kde R, x, y, z mají výše uvedený význam, který se ve vodném prostředí, případně ve směsi s kyselinou lipoovou v molámím poměru kyselina lipoová:III = 2:1 až 6:1, s výhodou 4:1, podrobí reakci s částicemi obsahujícími jádro a vnitřní slupku, definovanými v nároku 1, za vzniku částic s navázaným polymerem II tvořícím vnější slupku.
Ve výhodném provedení je x = 3.
Částice obsahující jádro a slupku lze připravit s výhodou následujícím postupem:
- v prvním kroku se částice jádra uvedou do reakce s deriváty trialkoxysilanů vzorce R2Si(R3)3, kde R2 je vybrán z C2-C4 alkylu terminálně substituovaného merkapto nebo aminoskupinou, a R3 jsou vybrány ze skupiny zahrnující -OCH3 a -OCH2CH3,
- ve druhém kroku se na takto modifikované částice jádra navážou zlaté nanoěástice o průměru menším než 5 nm,
- ve třetím kroku se vzniklé částice, tvořené jádrem s navázanými zlatými nanoěásticemi, nechají reagovat s [AuCL ] v přítomnosti redukčního činidla, čímž se vytvoří vnitřní slupka.
S výhodou se v prvním kroku deriváty trialkoxysilanů zvolí ze skupiny, zahrnující (3merkaptopropyljtrimethoxysilan, (3 -merkaptopropyljtriethoxysilan, (3 -aminopropyl)trimethoxysilan, a (3-aminopropyl)triethoxysilan.
Nejvýhodněji se v prvním kroku použije (3-merkaptopropyl)trimethoxysilan.
S výhodou se ve třetím kroku redukční činidlo zvolí ze skupiny, zahrnující oxid uhelnatý, hydroxy lamin, hydrazin, methylhydrazin, kyselinu askorbovou, formaldehyd a acetaldehyd.
Pokud látky II až V obsahují chirální centra, pak vzorce II až V zahrnují čisté enantiomery i směsi enantiomerů včetně racemátu.
Přítomnost reaktivních skupin azidu, alkynu, aminu nebo karboxylové kyseliny v substituentu R polymeru II umožňuje snadné připojení dalších molekul a/nebo biomolekul k povrchově modifikovaným částicím, které pak mohou být použity k selektivnímu rozpoznání a následné vizualizaci detekovaných biomarkerů přímo v tkáních a buňkách.
Ve výhodném provedení se derivatizace, resp. tvorba substituentu R1 provádí tak, že se reaktivní skupina azidu, alkynu, aminu nebo karboxylové kyseliny v substituentu R v polymeru II ponechá
-6CZ 309422 B6 reagovat se svým reakčním komplementem, tj. např. azid s alkynem za vzniku triazolu, alkyn s azidem za vzniku triazolu, amin s karboxylovou kyselinou za vzniku amidu, karboxylová kyselina a aminem za vzniku amidu.
Konkrétně lze povrchově modifikované částice derivatizovat pro konjugaci k rozpoznávacím strukturám systémem biotin-streptavidin, biotin-avidin nebo biotin-neutravidin.
Tato derivatizace se provádí tak, že reaktivní skupina alkynu v polymeru II se ponechá reagovat s azidovaným derivátem biotinu, např. biotin-PEGn-azidem za katalýzy měďnými ionty. Vznikají tak povrchově modifikované částice nesoucí biotin, který se může vázat na cílové místo obsahující avidin, streptavidin nebo neutravidin. Částice modifikované biotinem mohou být dále derivatizovány nadbytkem avidinu, streptavidinu nebo neutravidinu, čímž vznikne povrch se schopností vázat biotin.
V dalším výhodném provedení se reaktivní skupina alkynu v polymeru II ponechá reagovat s azidovaným derivátem mannosy, např. mannosa-PEGr-azidem za katalýzy měďnými ionty. Vznikají tak povrchově modifikované částice nesoucí mannosu, která se může vázat na cílové místo obsahující receptor rozpoznávající mannosu, např. CD206 exprimovaný ve vysoké míře na membráně makrofágů. Po inkubaci takto modifikovaných nanoěástic s makrofágy je možné analyzovat fagocytámí aktivitu makrofágů pomocí průtokové cytometrie pouze pomocí zvýšeného rozptylu světla způsobeného modifikovanými nanoěásticemi, bez použití fluorescenčních značek.
Variací geometrických parametrů povrchově modifikovaných částic (průměr jádra, tloušťka vnitřní slupky, celkový průměr částice) lze připravit různé částice s odlišnými optickými vlastnostmi (molámí extinkění koeficient, poloha plazmonického extinkěního pásu, schopnost vytvářet kontrast při mikroskopii v procházejícím světle). Výchozí částice jádra lze připravit odborníkovi známými reakcemi a postupy, a některé silikagelové a polymerní částice jsou i komerčně dostupné.
Povrchově modifikované částice jsou využitelné pro řadu aplikací v in vitro diagnostice. Tyto aplikace zahrnují detekci biomolekul v biologických vzorcích na základě interakce modifikovaných částic s těmito biomolekulami. Biomolekula může být vybrána ze skupiny zahrnující nukleové kyseliny, proteiny, polysacharidy a glykoproteiny. Biologickým vzorkem se rozumí např. krev, krevní plazma, krevní sérum, moč, sperma, slzy, sliny, hlen, stolice, pot, výtěr, lymfa, mozkomíšní mok, buněčná suspenze, tkáň.
Ve výhodném provedení lze povrchově modifikované částice použít i v systému detekce integrované formy viru HPV16 v genomu lidských buněk karcinomu děložního čípku. V tomto provedení je genová sonda značená digoxigeninem hybridizována s DNA buněk a následně modifikována biotinylovanou protilátkou proti králičím imunoglobulinům. Přítomnost virové DNA je následně vizualizována pomocí povrchově modifikovaných nanoěástic derivatizovaných neutravidinem a projevuje se jako tmavé kontrastní skvrny na světlém pozadí. Takto provedená detekce umožňuje rychlou, přesnou a velmi ostrou identifikaci přítomnosti HPV16 v nádorových buňkách.
Pro vizualizaci proteinů je možné derivatizovat povrchově modifikované nanoěástice pomocí ligandů, které se na tyto proteiny váží.
Předmětný vynález tedy předkládá částice, kde jádro je tvořeno hydratovaným oxidem křemičitým, obaleným zlatou vrstvou a povrchem, který je modifikován biokompatibilním polymemím kartáčem. Toto řešení poskytuje výhody v oblasti zobrazování cílových struktur v tkáních v běžném světelném mikroskopu, konkrétně přímé a snadné provedení detekce, ostřejší, méně difiizní signál a chemickou i biologickou dlouhodobou stabilitu nanoěástic se širokými možnostmi uplatnění v diagnostice a bioanalýze. Předmětný vynález dále poskytuje výhody v
-7 CZ 309422 B6 oblasti průtokové cytometric a hemocytometrie, kdy extrémní rozptyl způsobený částicemi po jejich příjmu do buňky umožňuje přímou identifikaci i kvantifikaci takto označených buněk pouze pomocí rozptylu světla, bez nutnosti použít fluorescenční detekci. Optické vlastnosti částic - polohu a šířku plazmonického absorpčního pásu - lze pro jednotlivá použití ladit velikostí a geometrií částic, složením a velikostí nekovového jádra a tloušťkou skořápky.
Objasnění výkresů
Obrázek 1: Extinkční spektra modifikovaných částic A) A6, A7 a A8, B) B6 a B7, normalizovaná na absorpční maximum. Jednotlivé modifikace povrchu nemají vliv na polohu spektrálních maxim série A i série B.
Obrázek 2: Dynamický rozptyl světla pro modifikované částice A) A6, A7 a A8, B) B5, B6 a B7 měřený ve vodě, pufru PBS (PBS) a lOx koncentrovaném pufru PBS (lOx PBS). Pro obě série částic A a B je patrná vysoká koloidní stabilita charakterizovaná stabilní polohou distribučního histogramu, která je nezávislá na prostředí. Vystavení modifikovaných částic prostředí lOx PBS představuje robustní zkoušku, která odpovídá iontové síle přibližně řádově vyšší, než je přítomna ve fyziologickém prostředí.
Obrázek 3: Mikrografy modifikovaných částic AI, A3, A4, Bl, B3 a B4 z transmisního elektronového mikroskopu. Pro každou ze série A a B je demonstrován postupný růst částice: AI a B1 jsou výchozí silikagelové částice, A3 a B3 jsou silikagelové částice s navázanými zlatými nanočásticemi, A4 a B4 jsou kompaktní modifikované částice. Velikosti měřítek: pro částice AI, A3, A4 je měřítko vždy 100 nm. Pro částici B1 200 nm, B3 100 nm a pro B4 200 nm.
Obrázek 4: Detekce lidského papilomaviru (HPV16) v buňkách cervikálního karcinomu (SiHa) pomocí in situ hybridizace virové DNA s detekcí pomocí modifikovaných částic A8. Specifický signál HPV16 je vizualizován pomocí mikroskopie ve světlém poli jako tmavé, vysoce kontrastní skvrny na světlém pozadí lokalizované v oblasti buněčného jádra. V praktickém provedení jsou použity specifické barvy: jádro je podbarveno pomocí jaderné červeně (růžová barva jádra), vizualizace pomocí A8 poskytuje tmavě modrou barvu. Zvětšení 20x.
Obrázek 5: Analýza fagocytózy myšími makrofágy J774A.1 pomocí průtokové cytometric bez fluorescenčního značení. (A) Distribuce buněk po 3 hodinách v kontrolní skupině bez modifikovaných částic (Kontrola), s modifikovanými částicemi (B6) a s modifikovanými částicemi derivatizovanými mannosou (B7). Proces fagocytózy byl monitorován pomocí „dot plotů“ vizualizujících velikost (přímý rozptyl světla, FSC-A) a granularitu (boční rozptyl světla, SSC-A) jednotlivých buněk. (B) Dynamika distribuce buněk v jednotlivých kvadrantech. Specifický příjem modifikovaných částic makrofágy se projevuje výrazným nárůstem signálu v kvadrantu Ql, který narůstá i s časem.
Obrázek 6: Mikroskopie ve světelném poli živých makrofágů J774A.1 pro časy 0 až 18 h. Byly testovány tyto varianty: médium bez částic (kontrola), médium obsahující kontrolní modifikované částice B6 nesoucí pouze polymer (negativní kontrola) a modifikované částice B7 derivatizované mannosou (obě částice ve finální koncentraci 7,3 pmol.l1). Fagocytóza byla zřetelně pozorovatelná pouze pro specifickou variantu obsahující B7 s navázanou mannosou jako výrazná změna optického kontrastu v oblastech buněk.
Obrázek 7 schematicky ukazuje strukturu povrchově modifikované částice, která obsahuje jádro 1, vnitřní slupku 2 a vnější slupku 3, kde jádro 1 je tvořeno hydratováným oxidem křemičitým a má průměr di, vnitřní slupka 2 je tvořena vrstvou zlata M o tloušťce d2, a vnější slupka 3 o tloušťce d3 je tvořena vrstvou polymeru.
-8CZ 309422 B6
Seznam zkratek
DCM DIPEA UPLC-MS TLC MeOH DMSO HRMS UPLC QDa ACN PEG dichlormethan W-diisopropylcthylamin ultra účinná kapalinová chromatografie-hmotnostní spektrometrie chromatografie na tenké vrstvě methanol dimethylsulfoxid hmotnostní spektrometrie s vysokým rozlišením ultra účinná kapalinová chromatografie kvadrupólový detektor v hmotnostní spektrometrii acetonitril polyethylenglykol
Příklady uskutečnění vynálezu
Příklad 1
Syntéza ligandu pro polymeraci
500 mg B0C-PEG4-NH2 (1,0 ekv.) bylo rozpuštěno do 50 ml DCM a 446 μΐ (1,5 ekv.) DIPEA bylo přidáno do reakční směsi, která byla následně zchlazena v ledové lázni. 167 μΐ (1,0 ekv.) methakryloylchloridu bylo přidáno po kapkách po dobu zhruba 5 minut. Reakce byla ponechána, aby se postupně vytemperovala na pokojovou teplotu a byla míchána přes noc. Ráno byla reakční směs vytřepána 2x 10% (vždy objemová procenta, není-li uvedeno jinak) KHSO4, 2x nasyceným roztokem hydrogenuhličitanu sodného a Ix solankou, vždy 30 ml. Organická fáze byla poté vysušena bezvodým síranem hořečnatým a odpařena na odparce. Podle UPLC-MS analýzy surového produktu měl odparek čistotu více než 95 % (Rt= 3,7 min., identifikováno m/z: 361,4 [M+H]+ 261,3 [M -Boc, +H]+. TLC analýza (čistý EtOAc, Rf = 0,3) potvrdila po obarvení roztokem 3% KMnO4 jedinou majoritní přítomnou látku. Produkt VI byl použit v následujícím kroku bez jakékoliv další purifikace.
(VI)
Surový odpařený produkt VI byl rozpuštěn v 2 ml kyseliny trifluoroctové (TFA) a roztok byl 5 min. sonikován v lázni, aby se podpořilo odchránění chránící skupiny Boc. Poté byla TFA odpařena v proudu dusíku. Po úplném odstranění TFA byl vzniklý produkt VII použit v následujícím kroku bez další purifikace.
(VII)
639 mg (1,0 ekv.) látky VII bylo rozpuštěno v 50 ml DCM a následně bylo přidáno 1,06 ml (3,5 ekv.) DIPEA. pH reakční směsi bylo zkontrolováno, aby bylo zásadité (pokud nebyla TFA
-9CZ 309422 B6 odstraněna dostatečně, je potřeba více DIPEA). 528 mg (1,0 ekv) N-hydroxysuccinimidylesteru kyseliny lipoové bylo přidáno najednou a reakce byla míchána přes noc. Chromatografie na preparativních TLC deskách (Analtech P02015 Silica Gel GF UNIPLATE, 2000 pm, 200 mm šířka, 200 mm délka, použity 4 desky pro separaci) byla provedena jako jediná čisticí metoda (5 % MeOH v DCM, Rf= 0,5, UV aktivní). Skvrna obsahující produkt byla vyškrábána a produkt extrahován na fritě čistým MeOH. Látka byla dále používána v podobě roztoku v MeOH, protože odpaření a zakoncentrování roztoku vedlo k samovolné polymerizaci. Pouze malá část roztoku byla odpařena pro určení koncentrace. Bylo izolováno 390 mg produktu VIII v roztoku MeOH (finální izolovaný výtěžek po 3 krocích byl 51%). Tento roztok byl stabilní a byl skladován po dobu mnoha měsíců v mrazáku při -80 °C. Analýza UPLC-MS detekovala pouze jeden pík (Rt = 3,7 min, čistota 97 %).
(VIII)
Pro analýzu NMR byl roztok postupně odpařen do DMSO. Ή NMR (400 MHz, DMSO-Je) δ 7,92 (NH, t. J= 5,7 Hz, 1H), 7,84 (NH, t, J= 5,6 Hz, 1H), 5,65 (CH2=, dq, J= 1,9, 1,0 Hz, 1H), 5,32 (CH2=, h, J= 1,5 Hz, 1H), 4,14 (q, J = 5,2 Hz, 3H), 3,66 až 3,56 (m, 1H), 3,54 až 3,47 (m, 4H), 3,46 až 3,39 (m, 1H) 3,26 (q, J= 6,1 Hz, 2H), 3,21 až 3,15 (m, 6H), 3,14 až 3,06 (m, 2H), 2,41 (dtd, J = 12,9, 6,5, 5,5 Hz, 1H), 2,07 (t, J= 7,3 Hz, 2H), 1,93 až 1,79 (m, 4H), 1,66 (dtd, J = 13,6, 7,9, 7,4, 5,5 Hz, 1H), 1,58 až 1,42 (m, 3H), 1,40 až 1,28 (m, 2H). 13C NMR (101 MHz, DMSO-ó/6) δ 172,63, 168,06, 140,30, 119,57, 70,18, 70,03, 69,60, 69,26, 56,62, 38,92, 38,55, 35,57, 34,56, 28,74, 25,48, 19,06. HRMS vypočtené pro C20H37O5N2S2: m/z [M+H]+: 449,21384; nalezeno 449,21378.
Analýza UPLC-MS: data byly získána na systému Waters acquity UPLC systém napojeným na qDA detektor. Jako kolona byla použita 2,1 x 100 mm C18 1,7 pm Acquity Waters. 7-minutový gradient byl nastaven následovně: 2% ACN po dobu 1 minuty, poté gradient do 100% ACN v následujících 5 minutách, následovaný 1 minutou čistým ACN.
Příklad 2
Příprava modifikovaných částic
a) Příprava silikagelových částic
Silikagelové částice byly připraveny ve dvou krocích. Nejprve byla připravena zárodečná zrna částic. Bylo rozpuštěno 4,55 mg argininu v 3,45 ml vody. Roztok byl převrstven směsí cyklohexanu (225 pl) a tetraethoxyorthosilikátu (275 pl). Směs byla zahřáta na 60 °C a ponechána míchat 20 hodin. Poté byla spodní fáze obsahující silikagelová zárodečná zrna oddělena.
Pro další růst silikagelových částic různých velikostí bylo smícháno 39,5 ml ethanolu, 11 ml H2O a 466 pl připraveného roztoku silikagelových zárodečných zrn. Po důkladném promíchání byl přidán za míchání tetraethoxyorthosilikát a 0,9 ml 24,5% roztoku NH40H. Množství tetraethoxyorthosilikátu bylo měněno podle požadované velikosti částic. Například pro přípravu částic Al o průměru 58 nm bylo přidáno 180 pl; pro přípravu větších částic B1 o průměru 95 nm bylo přidáno 1000 pl. Reakce probíhala přes noc při teplotě místnosti. Částice byly promyty ethanolem.
-10 CZ 309422 B6
b) Příprava thiolovaných silikagelových částic
Částice AI nebo B1 (10 mg) připravené v předchozím kroku byly smíchány s 11,5 ml vody, 37,5 ml ethanolu a roztok byl 10 minut probubláván argonem. Za stálého míchání byly přidány roztoky (3-merkaptopropyl)trimethoxysilanu a l,2-bis(triethoxysilyl)ethanu v množství vhodném pro dané velikosti silikagelových částic (pro vznik A2: 14,5 μΐ k částicím AI; pro vznik B2: 8 μΐ k částicím Bl). Za stálého míchání bylo přidáno 0,9 ml 24,5 % roztoku NH40H a reakční směs byla ponechána reagovat 4 hodiny při teplotě místnosti v inertní atmosféře argonu. Připravené thiolované částice byly promyty ethanolem.
c) Příprava silikagelových částic s navázanými zlatými nanočásticemi
Nejprve byly připraveny zlaté nanočástice o průměru <5 nm přidáním 2 ml 1% roztoku kyseliny terachlorozlatité k roztoku chloridu tetrakis(hydroxymethyl)fosfonia (1,34 pmol.l1 v 50 ml 10 mmol.r1 roztoku NaOH). Částice modifikované thiolem (A2, B2) byly smíchány s tímto roztokem. Vzniklé částice s navázanými zlatými nanočástice (A3, B3) byly promyty vodou.
d) Růst vnitřní slupky
Částice A3 nebo B3 byly smíchány se zlatícím roztokem (250 mg K2CO3, 174 mg HAuCU, 1 litr vody, pH 9,5) a probublány oxidem uhelnatým. Poměr množství částic a zlatícího roztoku závisel na velikosti částice a požadované tloušťce zlaté vrstvy. Pro 0,5 mg částic A3 bylo použito 72 ml roztoku za vzniku částic A4, pro 0,5 mg částic B3 bylo použito 40 ml zlatícího roztoku za vzniku B4. Částice byly odděleny sedimentací.
Příklad 3
Příprava částic s vrstvou hydrofilního polymeru
K pozlaceným částicím A4 rozředěným do 700 ml vody byla přidána směs ligandu VIII a kyseliny lipoové (14,4 ml 10 mmol.l1 lipoové kyseliny a 3,6 ml 10 mmol.l1 ligandu VIII), pH bylo upraveno na 9,5. Výměna ligandu probíhala 3 dny. Vzniklé částice A5 byly zakoncentrovány sedimentací.
K částicím B4 rozředěným do 500 ml byla přidána směs ligandu VIII a kyseliny lipoové (9,64 ml 10 mmol. I1 lipoové kyseliny a 2,41 ml 10 mmol. I1 ligandu), pH bylo upraveno na 9,5. Výměna ligandu probíhala 3 dny. Vzniklé částice B5 byly zakoncentrovány sedimentací.
Koncentrovaný roztok částic A5 (45 ml odpovídající 5 mg silikagelových částic) byl smíchán za stálého míchání s roztokem HPMA (9,72 g v 84 ml vody, pH 11) a probublán argonem. K roztoku byla přidána směs monomeru a iniciátoru v methanolu pod argonem [486 μΐ alkynového monomeru 7V-(prop-2-yn-l-yl)methakrylamidu, 466 μΐ dimethyl 2,2'-azobis(2-methylpropionátu) (V-601) v 14,6 ml methanolu]. Směs byla zahřívána na 60 °C po dobu 48 hodin. Vzniklé částice A6 byly promyty methanolem a poté PBS s 0,1 % hmotn. detergentem Tween.
Koncentrovaný roztok částic B5 (30 ml odpovídající 6,75 mg silikagelových částic) byl smíchán za stálého míchání s roztokem HPMA (5 g v 53,75 ml vody, pH 11) a probublán argonem. K roztoku byla v inertní atmosféře argonu přidána směs monomeru a iniciátoru v methanolu [250 μΐ A-(prop-2-yn-l-yl)methakrylamidu, 300 μΐ iniciátoru V-601 v 9,375 ml methanolu). Směs byla zahřívána na 60 °C po dobu 48 hodin. Vzniklé částice B6 byly promyty methanolem a poté PBS s 0,1% hmotn. detergentem Tween.
Příklad 4
Derivatizace modifikovaných částic pomocí biotinu a neutravidinu
-11 CZ 309422 B6
Částice A6 o hmotnosti odpovídající 180 pg silikagelového jádra byly modifikovány biotinem pomocí azid-alkynové cykloadice katalyzované měďnými ionty. Částice byly naředěny do 600 pl a smíchány s 1 pl 12,5 mmol.11 biotin-PEGn-azidu (BroadPharm, San Diego, USA, katalog, č. BP-21626). Ve finálním objemu 700 μΐ byly použity koncentrace činidel: 77 pmol.l1 CuSO4, 155 pmol.l1 2-(4-((bis((l-(terc-butyl)-lH-l,2,3-triazol-4-yl)methyl)amino)methyl)-lH-l,2,3triazol-l-yl)octová kyselina (ligand BTTAA), 3,86 mmol.l1 askorbát sodný a 3,86 mmol.l1 aminoguanidin. Reakce byla ponechána reagovat 2 hodiny a poté byly částice A7 7x promyty v PBS. Polovina částic A7 byla smíchána s 200 μΐ neutravidinu v PBS (1 mg/ml) a ponechána přes noc reagovat při 4 °C. Částice A8 byly promyty v PBS s 0,1% hmota, detergentem Tween.
Příklad 5
Derivatizace modifikovaných částic pomocí mannosy
Částice B6 byly modifikovány mannosou pomocí azid-alkynové cykloadice katalyzované měďnými ionty. Částice byly naředěny do 4,5 ml a smíchány s 377 μΐ 10 mmol.l1 mannosaPEG4-azidu (0,74 mmol.l1) (BroadPharm, San Diego, USA, katalog, č. BP-23832). Ve finálním objemu 5089 μΐ byl 0,15 mmol.l1 CuSOr, 0,3 mmol.l1 ligandu BTTAA, 1,48 mmol.l1 askorbát a 1,48 mmol.l1 aminoguanidin. Reakce byla ponechána reagovat 2 hodiny a poté byly mannosylované částice B7 7x promyty PBS s 0,1% hmota, detergentem Tween.
Příklad 6
Charakterizace modifikovaných částic
Bylo proměřeno extinkční spektrum připravených modifikovaných částic (obr. 1). V použité nízké pikomolámí koncentraci všechny částice vykazovaly intenzivní absorpční pásy v oblasti vhodné pro detekci signálu.
Byl změřen dynamický rozptyl světla připravených modifikovaných částic v koncentracích odpovídajících jednotkám pmol.l1 ve vodě, pufru PBS a lOx koncentrovaném pufru PBS, který vzhledem ke své vysoké iontové síle představuje velmi robustní test koloidní stability (obr. 2). Všechny modifikované částice prokázaly vysokou stabilitu i v prostředí lOx koncentrovaného pufru PBS, což svědčí o silné stabilizační funkci polymeru chránícího interakční rozhraní modifikovaných částic.
Struktura částic v jednotlivých krocích přípravy byla dokumentována pomocí transmisní elektronové mikroskopie (JEOU JEM-1011, napětí 80 kV) (obr. 3). Pozorované změny odpovídají mechanizmu růstu a dokumentují přítomnost očekávaných struktur, včetně vzniklých „nanoskořápek“.
Příklad 7
In situ hybridizace virové DNA v nádorových buňkách
Polymerem modifikované částice s vysokým optickým kontrastem v procházejícím světle, derivatizované neutravidinem (A8), byly použity pro detekci cílových sekvencí DNA v genomu nádorových buněk. V tomto případě šlo o nádorové buňky cervikálního karcinomu (SiHa), které se vyznačují přítomností 2 až 3 kopií integrované formy viru HPV16 na 1 jádro. Fixované buňky anebo přímo nádorová tkáň byly imobilizované na sklíčko, DNA byla denatarována a hybridizována genově specifickou DNA sondou značenou digoxigeninem. Přebytek sondy byl odmyt, buňky byly dále inkubovány s králičí protilátkou proti digoxigeninu a následně biotinylovanou protilátkou proti králičím imunoglobulinům. Buňky byly poté inkubovány s roztokem částic A8 derivatizovaných neutravidinem, který se váže na biotin. Nadbytek částic byl
-12 CZ 309422 B6 odmyt a pro lepší strukturální rozpoznání buněk byla jádra podbarvena neutrální červení. Specifický signál HPV16 byl vizualizován pomocí mikroskopie ve světlém poli jako tmavé, vysoce kontrastní skvrny na světlém pozadí lokalizované v oblasti buněčného jádra (obr. 4). Tento příklad demonstruje použití modifikovaných částic pro in vitro diagnostiku.
Příklad 8
Využití modifikovaných částic pro detekci fagocytámí aktivity
Měření fagocytámí aktivity profesionálně fagocytujících buněk je ukazatelem parametrů nespecifické buněčné imunity. Její vyšetření se rutinně klinicky provádí z krevních buněk pacienta pomocí fagocytózy fluorescenčně značených mannosylovaných částic (například latex, zymozan apod.), barvením mikroskopicky nebo na průtokovém cytometru. Fluorescenční průtoková cytometrie je ovšem nákladné a sofistikované zařízení, které není v každé hematologické laboratoři běžně dostupné. Vzhledem k extrémním rozptylovým vlastnostem modifikovaných částic je lze využít pro měření fagocytámí aktivity např. průtokovou cytometrií v nativních, fluorescenčně nebarvených buňkách, pomocí hemocytometrie, nebo pomocí mikroskopie ve světlém poli s automatizovanou analýzou obrazu. Jako modelové makrofágy byla použita myší buněčná linie J774A.1 (ATCC® TIB-67™) kultivovaná v Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium s 10% fetálním hovězím sérem a antibiotiky (lOOU/lOOpg penicillin/streptomycin).
Cytometrická detekce
Den před experimentem bylo vysazeno 6xl05 J774A. 1 buněk na 60 mm kultivační misku. Po 24 hodinách bylo přidáno čerstvé médium bez částic (kontrola), médium obsahující kontrolní modifikované částice B6 nesoucí pouze polymer (negativní kontrola) a modifikované částice B7 s navázanou mannosou (obě částice ve finální koncentraci 7,3 pmol.l1). Buňky byly sklizeny v časových intervalech 0, 1, 3 a 6 h od přidání média s částicemi nebo bez částic a následně byly bez fixace měřeny pomocí detekce rozptylu světla. Výsledky jsou shrnuté na obr. 5. Je patrné, že mannosylované částice B7 byly selektivně a intenzivně přijímány makrofágy, příjem byl časově podmíněný a že cytometrická metoda bez použití fluorescenčního značení byla pro detekci fagocytámí aktivity velmi citlivá.
Detekce pomocí mikroskopie ve světlém poli
Den před experimentem bylo vysazeno IxlO4 J774A.1 buněk na 96 jamkovou desku. Po 24 hodinách bylo přidáno čerstvé médium bez částic (kontrola), médium obsahující kontrolní modifikované částice B6 nesoucí pouze polymer (negativní kontrola) a modifikované částice B7 s navázanou mannosou (obě částice ve finální koncentraci 7,3 pmol.l1). Znázornění živých buněk (live cell imaging) v časových intervalech 0, 1, 3, 6, 12 a 18 h po přidání média s částicemi nebo bez nich byl proveden pomocí vysokokapacitní analýzy na mikroskopu discovery systém Cell Voyager CV7000 (Yokogawa, Japan) při 37 °C v 5 % CO2 v režimu světelného pole. Výsledky jsou shrnuté na obr. 6. Podobně jako v případě cytometrické detekce, mikroskopická metoda bez použití fluorescenčního značení byla pro detekci fagocytámí aktivity velmi citlivá. Mannosylované částice B7 byly selektivně a intenzivně přijímány makrofágy a příjem byl časově podmíněný.
Průmyslová využitelnost
Předmětný vynález řeší problém přímé detekce v in vitro diagnostice pomocí extinkce světla za použití povrchově modifikovaných částic s nekovovým jádrem obaleným kovovou vrstvou, na níž je zachycen biokompatibilní polymerní kartáč. Jejich aplikace umožňuje v biologických vzorcích přímou detekci biomolekul zahrnujících nukleové kyseliny, proteiny, póly sacharidy a
-13 CZ 309422 B6 glykoproteiny. Biologickým vzorkem se rozumí např. krev, krevní plazma, krevní sérum, moč, sperma, slzy, sliny, hlen, stolice, pot, výtěr, lyrnfa, mozkomíšní mok, buněčná suspenze či tkáňový vzorek.

Claims (8)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Povrchově modifikované částice vyznačující se tím, že obsahují jádro, vnitřní slupku a vnější slupku, kde jádro je tvořeno hydratovaným oxidem křemičitým a má průměr di v rozmezí 20 nm až 1 μτη, vnitřní slupka je tvořena zlatém o tloušťce d2 v rozmezí 2 až 60 nm, vnější slupka o tloušťce ds v rozmezí 2 až 200 nm je tvořena vrstvou polymeru obecného vzorce II
    (Π), kde x = 2 až 50, y = 5 až 5000, z = 0 až 2000, z/y = 0 až 0,4;
    Rjsou vzájemně stejné nebo různé, přičemž každé Rje zvoleno ze skupiny, zahrnující -CH2C=CH a -(CH2)n-triazolyl-R1, kde R1 je vybrán ze skupiny -(PEG)p-mannosa, kde PEG = ethylenglykolový můstek, -(PEG)p-biotin, -(PEG)p-biotin-streptavidin, -(PEG)p-biotin-avidin, (PEG)p-biotin-neutravidin, kde p = 1 až 20 a ve výhodném provedení p = 4 až 12: přičemž skupina PEG je navázána na triazolyl prostřednictvím koncové -CH2- skupiny, a přičemž streptavidin, avidin a neutravidin jsou navázány nekovalentně pomocí komplexu s biotinem;
    který je k povrchu vnitřní slupky uchycen pomocí atomů síry, vytvářejících vazbu Au-S s atomy kovu, jak znázorňují čárkované vazby označující atomy síry podílející se na vazbě Au-S.
  2. 2. Povrchově modifikované částice podle nároku 1, vyznačující se tím, že vnitřní slupka má tloušťku d2 v rozmezí 3 až 25 nm, výhodněji 5 až 20 nm; a/nebo vnější slupka má tloušťku d3 v rozmezí 5 až 100 nm, výhodněji 10 až 60 nm.
  3. 3. Způsob přípravy povrchově modifikovaných částic podle kteréhokoliv z nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že částice obsahující jádro a vnitřní slupku, definované v nároku 1, se podrobí reakci se sloučeninou III
    (III), kde x má význam uvedený v nároku 1, a která je případné ve směsi s kyselinou lipoovou v molámím poměru kyselina lipoová:III = 2:1 až 6:1, s výhodou 4:1, a následné radikálové polymerací monomeru IV
    - 15 CZ 309422 B6
    který případně obsahuje příměs 0 až 40 % mol. monomeru V (V), kde R má význam uvedený v nároku 1, za přípravy polymeru II
    (Π), kde R, x, y, z mají význam uvedený v nároku 1, navázaného na vnitřní slupku, čímž se vytvoří vnější slupka.
  4. 4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že částice obsahující jádro a vnitřní slupku se připraví následujícím postupem:
    - v prvním kroku se částice jádra modifikují reakcí s deriváty trialkoxysilanů vzorce R2Si(R3)3, kde R2 je vybrán z CSaž Ců alkylu terminálně substituovaného merkapto nebo aminoskupinou, a R3 jsou vybrány ze skupiny zahrnující -OCH3 a -OCH2CH3,
    - ve druhém kroku se na takto modifikované částice jádra navážou zlaté nanočástice o průměru menším než 5 nm,
    - ve třetím kroku se vzniklé částice, tvořené jádrem s navázanými zlatými nanočásticemi, nechají reagovat s [AuCU ] v přítomnosti redukčního činidla, čímž se vytvoří vnitřní slupka.
  5. 5. Způsob přípravy podle nároku 4, vyznačující se tím, že v prvním kroku se deriváty trialkoxysilanů zvolí ze skupiny, zahrnující (3-merkaptopropyl)trimethoxysilan, (3merkaptopropyl)triethoxysilan, (3-aminopropyl)trimethoxysilan, a (3-aminopropyl)triethoxysilan.
  6. 6. Způsob přípravy podle nároku 4, vyznačující se tím, že ve třetím kroku se redukční činidlo zvolí ze skupiny, zahrnující oxid uhelnatý, hydroxylamin, hydrazin, methylhydrazin, kyselinu askorbovou, formaldehyd a acetaldehyd.
  7. 7. Použití částic podle kteréhokoliv z nároků 1 a 2 pro in vitro detekci biomolekul v biologických vzorcích na základě interakce polymeru vnější slupky částic, derivatizovaného ligandem,
    - 16CZ 309422 B6 schopným selektivní vazby s těmito biomolekulami, zahrnujícími nukleové kyseliny, proteiny, póly sacharidy a glykoproteiny.
  8. 8. Použití podle nároku 7 pro in vitro detekci biomolekul v biologických vzorcích, zvolenou z metod in situ hybridizace virové DNA v nádorových buňkách, cytometrie a detekce pomocí
    5 mikroskopie ve světlém poli.
CZ2020-535A 2020-09-29 2020-09-29 Povrchově modifikované částice CZ309422B6 (cs)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2020-535A CZ309422B6 (cs) 2020-09-29 2020-09-29 Povrchově modifikované částice
US18/028,669 US20230366886A1 (en) 2020-09-29 2021-09-29 Surface modified particles
AU2021353733A AU2021353733A1 (en) 2020-09-29 2021-09-29 Surface modified particles
EP21802198.8A EP4222494A1 (en) 2020-09-29 2021-09-29 Surface modified particles
CA3193521A CA3193521A1 (en) 2020-09-29 2021-09-29 Surface modified particles
PCT/CZ2021/050103 WO2022068982A1 (en) 2020-09-29 2021-09-29 Surface modified particles
IL301812A IL301812A (en) 2020-09-29 2021-09-29 Surface modified particles

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2020-535A CZ309422B6 (cs) 2020-09-29 2020-09-29 Povrchově modifikované částice

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2020535A3 CZ2020535A3 (cs) 2022-04-06
CZ309422B6 true CZ309422B6 (cs) 2022-12-28

Family

ID=78516442

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2020-535A CZ309422B6 (cs) 2020-09-29 2020-09-29 Povrchově modifikované částice

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20230366886A1 (cs)
EP (1) EP4222494A1 (cs)
AU (1) AU2021353733A1 (cs)
CA (1) CA3193521A1 (cs)
CZ (1) CZ309422B6 (cs)
IL (1) IL301812A (cs)
WO (1) WO2022068982A1 (cs)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ309422B6 (cs) * 2020-09-29 2022-12-28 Ústav organické chemie a biochemie AV ČR, v. v. i. Povrchově modifikované částice

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010139942A2 (en) * 2009-06-02 2010-12-09 University Of Strathclyde Nanoparticle for biomolecule delivery
US20140045169A1 (en) * 2012-08-13 2014-02-13 Sudx Life Science Corp. Glycan immobilized metal nanoparticles and use thereof for early hiv-1 detection
WO2017012568A1 (en) * 2015-07-22 2017-01-26 Gnt Biotech & Medicals Corporation Ph-sensitive linkers for delivering a therapeutic agent

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6699724B1 (en) 1998-03-11 2004-03-02 Wm. Marsh Rice University Metal nanoshells for biosensing applications
EP2165185B1 (en) * 2007-06-26 2015-08-19 Massachusetts Institute of Technology Controlled modification of semiconductor nanocrystals
US20200164072A1 (en) 2018-10-05 2020-05-28 William Marsh Rice University Nanocomplexes for remotely-triggered guest molecule release and methods for fabricating the same
CZ309422B6 (cs) * 2020-09-29 2022-12-28 Ústav organické chemie a biochemie AV ČR, v. v. i. Povrchově modifikované částice
CZ34808U1 (cs) * 2020-09-29 2021-01-28 Ústav organické chemie a biochemie AV ČR, v. v. i. Povrchově modifikované částice

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010139942A2 (en) * 2009-06-02 2010-12-09 University Of Strathclyde Nanoparticle for biomolecule delivery
US20140045169A1 (en) * 2012-08-13 2014-02-13 Sudx Life Science Corp. Glycan immobilized metal nanoparticles and use thereof for early hiv-1 detection
WO2017012568A1 (en) * 2015-07-22 2017-01-26 Gnt Biotech & Medicals Corporation Ph-sensitive linkers for delivering a therapeutic agent

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
G. Pramanik a kol. : "Gold nanoclusters with bright near-infrared photoluminiscence" Nanoscale 10, 3792-3798 (2018) *

Also Published As

Publication number Publication date
EP4222494A1 (en) 2023-08-09
US20230366886A1 (en) 2023-11-16
CA3193521A1 (en) 2022-04-07
AU2021353733A1 (en) 2023-06-08
IL301812A (en) 2023-05-01
CZ2020535A3 (cs) 2022-04-06
WO2022068982A1 (en) 2022-04-07
AU2021353733A9 (en) 2024-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yu et al. Cu 2+-selective naked-eye and fluorescent probe: its crystal structure and application in bioimaging
EP1937850B1 (en) Methods and compositions for labeling nucleic acids
US9260656B2 (en) Fluorescent silica nano-particle, fluorescent nano-material, and biochip and assay using the same
EP3810721B1 (en) Fluorescent particles with molecularly imprinted fluorescent polymer shells for cell staining applications in cytometry and microscopy
JP3098545B2 (ja) ビス−ジカチオンアリールフラン類を用いる核酸および細胞骨格成分の蛍光検出方法
Yang et al. Distinguishing breast cancer cells using surface-enhanced Raman scattering
US20060183247A1 (en) Detection method for specific biomolecular interactions using fret between metal nanoparticle and quantum dot
Wang et al. Colorimetric determination of the early biomarker hypoxia-inducible factor-1 alpha (HIF-1α) in circulating exosomes by using a gold seed-coated with aptamer-functionalized Au@ Au core-shell peroxidase mimic
US20080299555A1 (en) Multicolor chromogenic detection of biomarkers
WO2015141856A1 (ja) プローブ試薬および該プローブ試薬を用いたfish
JP2014507949A (ja) 核染色のための量子ドットの適用
KR100979727B1 (ko) 금 할로우 나노입자 및 광학 이미징 기술을 이용한 암세포판별법
CN114410786A (zh) 用于检测肿瘤微小核酸标志物的表面增强拉曼散射检测试剂盒及其制备方法与应用
CZ309422B6 (cs) Povrchově modifikované částice
Zhang et al. In-situ and amplification-free imaging of hERG ion channels at single-cell level using a unique core-molecule-shell-secondary antibody SERS nanoprobe
CZ34808U1 (cs) Povrchově modifikované částice
Lv et al. Aptamer based strategy for cytosensing and evaluation of HER-3 on the surface of MCF-7 cells by using the signal amplification of nucleic acid-functionalized nanocrystals
CN107219213B (zh) 酶引导晶体生长增强拉曼光谱表面效应检测双酚a的方法
US10775304B2 (en) Fluorescent nanosensors and uses thereof
Linares et al. One-step synthesis of polymer core–shell particles with a carboxylated ruthenium complex: A potential tool for biomedical applications
CN113281514B (zh) 一种检测肝癌细胞外泌体的SPRi生物传感器及其制备与应用
US20210373022A1 (en) Methods and kits for detecting exosomal protein
Li et al. Highly sensitive and specific resonance Rayleigh scattering detection of esophageal cancer cells via dual-aptamer target binding strategy
Ansari et al. Surface-enhanced Raman spectroscopic detection of cancer biomarkers in intact cellular specimens
TW202109013A (zh) 使用金奈米粒子之精胺的直接比色法檢測