Các ứng dụng của vật liệu nano bên trong tế bào

Các ứng dụng của vật liệu nano bên trong tế bào Xem xét lại các ứng dụng của các loại vật liệu nano bên trong tế bào. Công nghệ nano liên quan đến việc phát triển nghiên cứu và công nghệ ở quy mô nguyên tử, phân tử và cao phân tử, dẫn đến các thao tác kiểm soát và nghiên cứu về cấu trúc và các thiết bị với quy mô chiều dài trong khoảng 1-100 nm. Trong hai thập kỷ qua, các nghiên cứu của công nghệ nano đã tăng mạnh mẽ với hơn ba trăm ngàn ấn phẩm trong lĩnh vực khoa học nano theo Web Khoa học. Trong số những phát triển ngoạn mục, một lĩnh vực mới đang nổi lên, kết hợp công nghệ nano và công nghệ sinh học – công nghệ nano sinh học - đang nhận được sự quan tâm tăng lên [1]. Các cấu trúc nano và các vật liệu (ví dụ, các hạt nano, dây nano, các sợi nano, và các ống nano) đã được khám phá trong nhiều ứng dụng sinh học (ví dụ, cảm ứng sinh học, phân sinh học, hình ảnh phân tử, và / hoặc liệu pháp chống ung thư) vì tính chất mới và các chức năng khác nhau của họ drasti-Cally từ các đối tác lớn của họ. Đặc biệt, khối lượng cao / tỷ lệ bề mặt, mặt tailorability, cải thiện Solu- bility, và multifunctionality nhiều khả năng mở mới cho y sinh. Hơn nữa, các tính chất quang học nội tại, từ trường, và sinh học của vật liệu nano cung cấp cơ hội nhận xét, có thể nghiên cứu và điều chỉnh các quá trình sinh học phức tạp cho các ứng dụng y sinh học một cách chưa từng thấy. Kể từ cuộc sống bản thân, về cơ bản, là một tập thể của các quá trình ở cấp độ nano trong các tế bào [2], nó là không thể tránh khỏi và cần thiết để hiểu các tác động của sự hiện diện của vật liệu nano bên trong các tế bào khi một trong những khám phá những lợi thế và những lời hứa của vật liệu nano cho các ứng dụng y sinh. Rõ ràng, các ứng dụng thành công của nanomate-rials trong sinh học và y học đôi khi yêu cầu họ nhập vào các tế bào. Sự tham gia của các vật liệu nano vào tế bào có để vượt qua một rào cản lớn, đó là, các màng tế bào bao gồm một bilayer lipid nm mỏng với các protein nhúng hoặc ngoại biên kèm theo. Mặc dù nó không phải là một vấn đề triv-ial, vật liệu nano có thể nhập vào các tế bào thông qua một số quy trình được biết đến, bao gồm cả sự hấp thu không đặc hiệu (i) bởi endocytosis, nơi mà các vật liệu nano thường kết thúc trong endocytic compart-ments, (ii) trực tiếp microinjection của nanoliter của sự phân tán của vật liệu nano, là một thủ tục tẻ nhạt và chỉ áp dụng đối với một số giới hạn của các tế bào, (iii) electropora-tion, sử dụng phí để cơ thể đẩy vật liệu nano''''qua màng tế bào, và (iv) trung gian / mục tiêu dựa trên sự hấp thu trên bề mặt của vật liệu nano functionalization bằng cách sử dụng tương tác được biết đến sinh học, quảng bá [3]. Trong số các quá trình này, những người cuối cùng giữ lời hứa lớn và cung cấp sự linh hoạt thuận tiện bởi vì vật liệu nano-bản thân họ thường cần một bề mặt tương thích để tương tác với các tế bào trước khi thực hiện các chức năng của mình. Usu-đồng minh, các vật liệu nano cần phải tương thích với các hệ thống sinh học, ngoài các yêu cầu ITY nước tốt-solubil. Mặc dù có một số chiến lược phát triển để phủ lên vật liệu nano để trao hòa tan vào nước tốt và các chức năng mong muốn, một lớp phủ bề mặt lý tưởng phải đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau đây: (i) ngăn ngừa các vật liệu nano từ sự kết hợp không mong muốn trong thời gian lưu trữ lâu dài; (ii ) duy trì hòa tan vào nước tốt; (iii) duy trì các chức năng của vật liệu nano, và (iv) đảm bảo biocompatibility trước khi vật liệu nano tương tác với các đối tượng mục tiêu của họ. Trong bài viết này xem xét, thông qua việc chú ý đặc biệt đến các phương thức nhập tế bào và sửa đổi bề mặt của vật liệu nano bất cứ khi nào có thể, chúng tôi cung cấp được lựa chọn thi-ples của các loại vật liệu nano bên trong các tế bào đã được báo cáo gần đây và thảo luận về những thách thức và mỗi-spectives cho các ứng dụng y sinh học có liên quan. Thứ nhất, chúng tôi tóm tắt một thời gian ngắn sử dụng các chấm lượng tử (QDs) là tàu thăm dò ổn định quang học cho các tế bào và hình ảnh phân tử và các hạt nano kim loại (ví dụ, Âu hoặc các hạt nano Ag) là tàu thăm dò bề mặt hoặc plasman Raman cho các phân tử cảm biến. Thứ hai, chúng tôi mô tả chi tiết về các Appli y sinh-cation của các hạt nano từ tính khi các hãng phân phối thuốc, đại lý theo dõi di động, các đối tượng thao tác phân tử, và các đại lý tăng thân nhiệt. Cuối cùng, chúng tôi thảo luận về các sợi nano như là các yếu tố di động trong nội bộ cảm biến và các sợi nano tự lắp ráp trong tế bào như là một phương pháp tiếp cận mới để gây ra cái chết của tế bào ung thư. Tổng quan này dự định mẫu từ QDs để các hạt nano từ tính, từ các hạt nano với sợi nano, từ functionalization của họ đến các ứng dụng y sinh của họ, và từ các công trình gần đây để quan điểm, trong hy vọng để phác thảo những thành tựu này thú vị như là điểm khởi đầu trong lĩnh vực nanobiotechnology. QDs như thuốc nhuộm huỳnh quang Một trong những mặt trận phía trước tiên tiến nhất và thú vị của công nghệ sinh học nano là các ứng dụng của QDs trong sinh học và y học. QDs tìm thấy nhiều ứng dụng trong sinh học bởi vì sự thay đổi đường kính của họ chỉ là thay đổi đáng kể phát thải của quang phổ (Hình 1a). Một số ứng dụng hữu ích, trongviệc nghiên cứu các quá trình phân bào có tầm quan trọng cơ bản trong sinh học, đã nêu bật tiềm năng của công nghệ sinh học nano QDs. Như bây giờ được công nhận, ngoài quang phổ phát xạ hẹp, điều hướng, và đối xứng của họ, QDs có sự ổn định lớn hơn nhiều thời gian và sức đề kháng để tẩy trắng-hình ảnh hơn thuốc nhuộm huỳnh quang làm. Hơn nữa, sự hỗ trợ của functionalization bề mặt phù hợp, QDs huỳnh quang có thể liên kết với phân tử sinh học để tạo điều kiện hình ảnh chọn lọc của các tiểu cụ thể cấu trúc tế bào. Hơn nữa, việc sử dụng đồng thời của QDs với một loạt các quang phổ phát xạ sẽ mở ra các cách để sử dụng mã hóa ghép quang học để nghiên cứu-ing hệ thống phức tạp sinh học. Thật vậy, khả năng làm QDs tan trong nước và mục tiêu của họ để phân tử sinh học cụ thể đã dẫn đến các ứng dụng hứa hẹn trong hình ảnh mô tế bào vùng sâu, ghi nhãn,, khảo nghiệm, ghi nhãn, và khi chuyển huỳnh quang tiết kiệm năng lượng cộng hưởng (băn khoăn) các nhà tài trợ. Một số đánh giá chi tiết và tuyệt vời đã thảo luận về việc tổng hợp, sửa đổi functionalization mặt và, và applica-y sinh học tế của các QDs [4-6], mà cũng chỉ ra một nhu cầu rõ ràng về khái niệm sáng tạo và ý tưởng cho những bước đột phá về các ứng dụng của QDs tại y sinh. Trong giây sau chức, chúng tôi tập trung vào việc sử dụng tế bào của QDs vì nó đại diện cho một điểm khởi đầu quan trọng cho sự phát triển của công nghệ sinh học nano QDs. Chụp ảnh di động Di động ghi nhãn QDs sử dụng đã có những tiến bộ tiên tiến nhất, thu hút sự quan tâm lớn nhất, và cũng đã đạt một số giai đoạn thương mại hóa. Trong gần đây, nhiều báo cáo đã xuất hiện mô tả việc sử dụng các QDs biofunctionalized có kích cỡ khác nhau để nhãn các tế bào, cho phép hình dung rộng lớn của các tế bào dưới chiếu sáng liên tục để đạt được hình ảnh nhiều màu. ứng dụng này nhấn mạnh những lợi thế được cung cấp bởi QDs như là một loại độc đáo của fluorophores. Ví dụ, các kháng thể có khả năng hiển thị liên hợp của nhiều màu QDs ghi nhãn của các tế bào sống dựa trên sự hấp thu có chọn lọc endocytotic và ghi nhãn của các protein bề mặt tế bào. Bằng cách theo dõi sự phát xạ QD hơn một tuần phát triển di động, họ đã báo cáo rằng các tế bào có thể chịu đựng QDs trong thời gian dài của thời gian [7-9]. Như hình. 1b, sau khi QDs chức năng hóa với các kháng thể khác nhau đã được uptaken bởi các tế bào hoặc liên kết với bề mặt thụ, các tế bào biểu mô của con người đã được nhuộm màu bởi QDs năm màu (525-QDs, màu da cam; 565-QDs, xanh lá cây; 605-QDs, đỏ tươi; 655 QDs, Cyan, và 705-QDs với màu đỏ). Hơn nữa, QDs đã được sử dụng trong hình ảnh sinh học cơ thể. Nie và cowork ers đã chứng minh ung thư mục tiêu và hình ảnh bằng cách sử dụng CdSe @ ZnS lõi-vỏ QDs mà cung cấp cho phát thải đỏ. Sau khi được liên kết với các khối u nhắm mục tiêu theo kháng thể, trong các nghiên cứu in vivo ở chuột thể hiện ung thư ở người cho thấy rằng các tàu thăm dò QĐ tích lũy ở các trang web khối u [10]. Đối với các ứng dụng hình ảnh cơ thể sinh học của QDs, các bước sóng phát xạ huỳnh quang lý tưởng phải ở trong một vùng quang phổ mà trong máu và tế bào hấp thụ tối thiểu nhưng vẫn bị phát hiện bởi các nhạc cụ. Như vậy, QDs được thải ở khoảng 700-900 nm trong (NIR) gần hồng ngoại [11] để giảm thiểu các vấn đề của huỳnh quang bản địa của các mô. Hơn nữa, các tính chất quang phổ của NIR QDs sẽ cho phép hình ảnh thâm nhập sâu hơn thuốc nhuộm thông thường cận hồng ngoại [12-15]. Sự phát triển của NIR QDs đã tiến triển nhanh chóng. Gần đây, Bawendi của nhóm phát triển một số loại QDs với khí thải nearinfrared, như CdTe @ CdSe vỏ-nhân loại II QDs có đường kính thủy động lực (HD) của 15,8-18,8 nm và dường như hứa hẹn nhiều ứng dụng (nếu tổng thể kích thước hạt của họ có thể được tiếp tục giảm) [12]. Sử dụng các bất thường nhỏ (HD <10 nm) [14], tan trong nước, và NIR (750-920 nm) phát InAs @ ZnSe lõi-vỏ QDs, Bawendi et al. chứng minh được trong các ứng dụng cơ thể của QDs trong các hạch bạch huyết trọng điểm (SLN) bản đồ [14]. Những cadmium không-, cận hồng ngoại phát ra QDs thể trở thành một lựa chọn tốt hơn cho các ứng dụng y sinh học vì chúng là tương đối biocompatible sau khi chỉnh sửa bề mặt của phối tử hòa tan trong nước (dihydrolipoic acid, DHLA). QDs bên trong tế bào này đặc biệt hữu ích cho các tế bào theo dõi để nghiên cứu phân chia tế bào và di căn. Bởi vì sự ổn định cao và phát thải nhiều màu, QDs có thể hành động như là một dấu hiệu duy nhất để theo dõi các tế bào ung thư trong cơ thể trong quá trình di căn là một vấn đề quan trọng trong sự phát triển của phương pháp điều trị ung thư hiệu quả. Ví dụ, sau khi báo cáo bằng cách sử dụng đồng thời theo dõi QDs quần thể khác nhau của các tế bào trong mô phổi [16], Simon và các cộng sự, lấy những lợi thế của QDs và độ phân giải cao huỳnh quang, QDs kết hợp và quang phổ phát xạ quét kính hiển vi multiphoton để phát triển một phương tiện extravasations học trong cơ thể. Như hình. 2a và b, ô hỗn hợp văn hóa của hai dân số của các tế bào B16F10 nhuộm với QDs khác nhau (510-nm hoặc QDs 570-nm) đã không kết quả trong các tế bào có nhãn với hai màu vì phân chia tế bào. Để kiểm tra các di căn tế bào trong một môi trường mô tự nhiên, Simon và các cộng sự đã tiêm dân cư hỗn hợp này vào tĩnh mạch đuôi, trích xuất và các mô phổi cố định, và sau đó sử dụng khí thải quét kính hiển vi để phân biệt hai quần thể của các tế bào trong mẫu mô toàn (Hình 2c và d). Ví dụ này cho thấy tao nhã rằng việc sử dụng kính hiển vi phát xạ quang phổ quét có thể cho phép đồng thời theo dõi khác nhau QĐ-dân số được dán nhãn của các tế bào trong cùng một động vật. Phân tử hình ảnh Các tiện ích của QDs cho trong hình ảnh phân tử bên trong tế bào cơ thể cũng có những hạn chế bởi vì nó thường đòi hỏi sự kích thích từ các nguồn chiếu sáng bên ngoài, mà còn kết quả trong một autofluorescence mạnh mẽ của các thành phần tế bào. Chuyển phát quang sinh học cộng hưởng năng lượng (Bret), tương tự như chuyển giao năng lượng cộng hưởng huỳnh quang (băn khoăn) [17,18], có thể khắc phục vấn đề này khi các enzym (ví dụ, luciferase) trên QDs liên hợp để xúc tác các phản ứng bioluminescent. Gần đây, Rao et al. báo cáo bằng cách sử dụng Bret để''''lượt về khí thải của các tiếp hợp QD khi không có sự kích thích bên ngoài, và chứng minh có thể tạo điều kiện QDs Bret các quá trình hình ảnh phân tử trong tế bào và động vật nhỏ [19,20]. Khi luciferase (Luc8) xúc tác quá trình oxy hóa của coelenterazine chất của nó để tạo ra phát quang sinh học để kích thích QDs (Hình 3a), các hợp QD phát ra bước sóng dài (từ đỏ sang hồng ngoại gần) ánh sáng trong các tế bào và ở động vật, thậm chí ở các mô sâu sắc đối với ghép trong cơ thể phân tử hình ảnh (Hình 3b-d). So với QDs hiện có, tự sáng QD tiếp hợp có độ nhạy cảm tăng cường rất nhiều trong hình ảnh động vật nhỏ, với tỉ lệ tín hiệu trên nền cơ thể của> 103 cho 5 pmol của tiếp hợp [19]. Việc chiếu sáng tự QD tiếp hợp nên mở nhiều con đường mới cho hình ảnh phân tử, bao gồm rất nhạy cảm trong khảo nghiệm in vitro, trong buôn bán tế bào cơ thể, hình ảnh ghép, và thiết kế cảm ứng sinh học sử dụng Bret khí thải đối với báo cáo cụ thể các tương tác sinh học phân tử. Mặc dù có rất nhiều thú vị và hấp dẫn trình diễn của các ứng dụng y sinh học tiềm năng cho QDs, các thành phần của QDs, Cd, As, Hg, và Pb [21] mà có thể là chất độc mạnh, neurotoxins, và teratogens, có bóng đúc vào ứng dụng lâm sàng của QDs. Ví dụ, nó được báo cáo rằng QDs Cdcontaining thực sự cho thấy khả năng gây độc cao [22,23]. Mặc dù các lớp phủ bề mặt hiệu quả và mạnh mẽ trên có chứa kim loại nặng có thể làm giảm QDs giải hấp của các ion độc hại từ lõi, nhưng nó có thể không hoàn toàn loại trừ khả năng gây độc trong dài hạn. Đối với các ứng dụng cơ thể, ngay cả khi các kim loại độc hại được chứa, trao đổi chất thanh toán bù trừ các hạt nano vẫn là một vấn đề, đó là, thật khó để biết về cách các hạt nano này sẽ được trừ ra khỏi cơ thể. Để giải quyết như thế tiến thoái lưỡng nan, một chiến lược là thay thế các kim loại độc hại của các yếu tố khác lành tính hơn, chẳng hạn như CuInSe QDs báo cáo gần đây của Allen và Bawendi [24]. Ngoài ra, các functionalization của QDs sẽ là một vấn đề mà đòi hỏi một giải pháp tốt hơn. Cho đến nay, nó vẫn còn thiếu một phương pháp lý tưởng cho các functionalization bề mặt của QDs có đủ bốn yêu cầu nêu trong phần giới thiệu. Hơn nữa, một trong QĐ liên kết với một phối tử đơn lẻ hoặc phối tử đơn sửa đổi QĐ (ví dụ, một trong những hạt nano liên kết với một IgG) vẫn còn là một thách thức đối với việc sửa đổi bề mặt. Các bước đột phá về những vấn đề này chắc chắn sẽ giúp những ứng dụng tế bào của QDs. Vật liệu nano kim loại bên trong tế bào Kim loại (ví dụ, Ag, Au, và Cu) các hạt nano có các nhà khoa học fasci-ated trong nhiều thế kỷ, một phần vì các dung dịch keo đầy màu sắc của các hạt nano kim loại, trong đó dao động cộng hưởng điện tử trên bề mặt của các hạt nano kim loại quý tộc tạo ra sự cộng hưởng gen nguyên sinh bề mặt ( SPR) khả năng tăng cường sự hấp thụ và tán xạ Rayleigh (Mie) của ánh sáng bởi các hạt này. Các mối quan hệ giữa quang phổ hấp thụ hạt SPR và tài sản như kích thước của họ hay môi trường xung quanh cũng đã được thành lập [25]. Ví dụ, điều chỉnh kích thước và hình dạng của các hạt từ quả cầu để thanh có thể điều chỉnh sự hấp thu SPR từ hiển thị với các khu vực NIR. Hơn nữa, các thanh nano rất nhiều sự tán xạ Raman tăng cường bề mặt của các phân tử hấp phụ. Vì sự hấp thụ cộng hưởng tăng cường của mình và tài sản nằm rải rác cũng như tán xạ Raman mạnh, các hạt nano kim loại đặc biệt hữu ích cho các ứng dụng như liệu pháp quang nhiệt, hình ảnh quang học, và Raman thăm dò [26-33]. Các ái lực cao của các thiol đối với các bề mặt của kim loại quý tộc cũng tạo điều kiện cho biofunctionalization [34-36] của các cấu trúc nano kim loại bằng cách sử dụng rộng rãi phát triển và được xác định bề mặt hữu cơ hóa học [37]. Ở đây, chúng tôi đã chọn hai ví dụ đại diện của vật liệu nano kim loại để minh họa cho tầm quan trọng của ứng dụng tế bào của họ. Quang nhiệt trị liệu Sự phát triển chiều sâu của sự tổng hợp của vật liệu nano đã dành vật liệu nano kim loại, đặc biệt là vật liệu nano Âu, trong nhiều loại cấu trúc và hình dạng, chẳng hạn như hình cầu, thanh, hình khối, lồng, và dây điện. Trong số lượng lớn các kim loại cấu trúc nano, Ag nanocubes [38] và Âu nanocages [39] là hai ví dụ ấn tượng và thú vị (Hình 4a và b). Nanocages Âu sẽ có sự hấp thụ lớn mặt cắt vì xấp xỉ lưỡng cực rời rạc, và họ cũng hiển thị một hiệu ứng lớn với các photon bị hấp thụ quang nhiệt được chuyển đổi thành các phonon (tức là dao động mạng tinh thể) để tạo ra một bước nhảy nhiệt độ địa hóa. Hơn nữa, các nanocages Âu cho thấy hấp thụ SPR mạnh trong vùng cận hồng ngoại (trong đó máu và mô tương đối trong suốt), do đó, họ là đặc biệt hấp dẫn cho các ứng dụng y sinh đòi hỏi phải có sự hấp thụ có chọn lọc ánh sáng ở độ sâu lớn là mong muốn. Gần đây, dựa trên sự hấp thụ mạnh mẽ của họ trong khu vực NIR và ảnh hưởng nhiệt của vật liệu nano kim loại, et al Xia. báo cáo bằng cách sử dụng liên hợp của Âu và khối u nanocages nhắm mục tiêu theo kháng thể (anti-HER2) để hủy tế bào ung thư vú trong ống nghiệm kể từ khi phần lớn sự hấp thụ qua các 3,48 × 10-14 m2 tạo điều kiện cho việc chuyển đổi NIR chiếu xạ vào nhiệt [28,40] . Như hình. 4c, d, sau khi được điều trị bằng các-miễn dịch sau đó được chiếu xạ nanocages Âu với một laser 810 nm cho 5min, SK-BR-3 các tế bào đã chết trong vùng chiếu xạ. Các tế bào được chiếu xạ theo các điều kiện tương tự nhưng không có điều trị nanocage immunoAu duy trì khả năng tồn tại tế bào (Hình 4e và f). Mặc dù có những nanocages Âu tham gia vào các cancercells bởi sự hấp thu được nhắm mục tiêu vẫn còn phải được làm rõ, các Âu nanocages nội bào đóng góp hiệu quả hơn hiệu ứng nhiệt. Vì sự hấp thu mạnh mẽ của nanocages Âu trong khu vực NIR, Xia của nhóm cũng điều tra các đại lý nanocages phản quang để chụp cắt lớp photoacoustic (PAT) - một cuốn tiểu thuyết, và lai hình ảnh không ion hóa-ITY phương thức kết hợp các giá trị của cả hai hình ảnh quang học và phương pháp siêu âm. PAT đã thành công đã giúp cho thị giác-ize cấu trúc khác nhau trong tế bào sinh học, đặc biệt là vỏ não của động vật nhỏ. Ví dụ, Âu nanocages, được sử dụng trong PAT, có thể tăng cường sự tương phản giữa máu và các mô xung quanh trong tex não của chuột-cor, chỉ ra rằng các nanocages Âu đang hứa hẹn các đại lý tương phản với kỹ thuật hình ảnh dựa trên sự hấp thụ quang học và đặc biệt cho PAT [ 41]. Chải tăng cường độ tương phản quang học và hiệu quả quang nhiệt, có thể dẫn đến một kịch bản thuận lợi như thế: Âu nanocages (decorat-ing với ung thư mục tiêu moieties) nhắm mục tiêu các tế bào ung thư, điều trị các khối u bằng liệu pháp ảnh nhiệt, và theo dõi sự chuyển đổi của các khối u (đặc biệt là đối với các khối u não) do ảnh PAT không xâm lấn. Như vậy, Âu nanocages có thể hoạt động như một lớp mới của các đại lý kết hợp điều trị chống ung thư nanomedicine và chẩn đoán với nhau. Đa phương thức cảm biến quang học Au thanh nano có hai ban nhạc plasmon bề mặt hấp thụ, một dài bước sóng mạnh mẽ ban nhạc trong NIR khu vực do sự dao động lon-gitudinal của các electron trong vùng dẫn, và một yếu ban nhạc bước sóng ngắn khoảng 520 nm do sự dao động điện tử ngang [25] . Ban nhạc hấp thụ dọc, rất nhạy cảm với các tỉ lệ (chiều dài chia cho chiều rộng) của các thanh nano, sẽ chuyển sang bước sóng dài hơn với mức tăng cường độ hấp thu sau khi tăng tỉ lệ. Vì sự hấp thu quang điều hướng và các đặc tính phân tán, Au thanh nano tìm thấy ứng dụng trong cảm biến quang học và tán xạ hình ảnh. Hơn nữa, Au thanh nano rất nhiều sự tán xạ Raman tăng cường bề mặt của các phân tử hấp phụ [42]. Những mối quan hệ hợp độc đáo làm cho Au thanh nano đặc biệt là hấp dẫn như đa phương thức, cảm biến quang học trong tế bào cho Appli sinh học và y tế-cation. Kết hợp hình ảnh tối trường ánh sáng tán xạ và quang phổ Raman, El-Sayed và đồng nghiệp đã chứng minh rằng các Au-peptide liên hợp thanh nano địa hóa trong tế bào chất của cả hai và hạt nhân của cả hai dòng tế bào bình thường và ung thư [31]. Như hình. 5, các tín hiệu nội địa hóa hạt nhân (NLS) peptide liên hợp thực sự thúc đẩy sự hấp thu di động và nhắm mục tiêu hạt nhân của thanh nano Âu. Kết quả thú vị hơn là các Raman siêu nhạy quang phổ của các thanh nano Âu bên trong tế bào cho thấy một sự khác biệt giữa các dòng tế bào lành tính và ung thư, ví dụ, các dòng 731 cm-1, được giao cho adenine, mạnh mẽ hơn trong các tế bào ung thư hơn trong các tế bào bình thường vì adenine hơn trong nhân tế bào ung thư. Mặc dù liệu nó có thể phục vụ như là biomarker một vẫn còn phải được thiết lập, kết quả này cho thấy rằng Âu nanorodsmay trở thành một loại mới ofmultimodal sen- sors dựa trên hình ảnh quang học (ví dụ, sự hấp thụ NIR, quang phổ Raman) và hình ảnh tán xạ cho tế bào phân tử cảm biến. Các hạt nano từ tính bên trong tế bào các hạt nano từ tính đã tìm thấy các ứng dụng đáng chú ý và thành công-ful trong sinh học và y sinh học, chẳng hạn như phát hiện mầm bệnh, tách protein, phân phối thuốc, và tăng thân nhiệt [43-45]. Các ứng dụng nổi bật nhất BioMed-ical của các hạt nano từ tính là họ hành động hình ảnh cộng hưởng từ (MRI) các tác nhân tương phản, mà đã nhận được một số chấp nhận lâm sàng [46]. Trong phần này chúng tôi tập trung vào các ứng dụng của hạt nano từ tính bên trong tế bào, chẳng hạn như tế bào theo dõi bởi MR hình ảnh, nội bào thao tác của phân tử sinh học của một lực lượng từ, và đóng gói các tác nhân chống ung thư tiềm năng. MRI và theo dõi di động hình ảnh cộng hưởng từ (MRI) là một kỹ thuật chẩn đoán sử dụng chủ yếu trong các thiết lập y tế để sản xuất cao, chất lượng hình ảnh giải phẫu của cơ thể con người. Trong thực hành lâm sàng, như là một phương thức không xâm lấn mà sử dụng từ trường mạnh và bức xạ không ion hóa trong các dải tần số radio, MRI có thể phân biệt mô bệnh học (ví dụ, các khối u) từ các mô và cũng không-mal, chủ yếu là do một sự khác biệt giải phẫu. Sự phát triển gần đây của hình ảnh phân tử và tế bào, với mục đích để hình dung các chỉ dấu sinh học bệnh cụ thể ở cấp molec- ular và di động, đã dẫn đến sự công nhận phổ biến của các hạt nano từ tính như MRI đại lý tương phản [47,48]. Chủ yếu dựa trên các tế bào hấp thu của nanoparti từ-trở ngại, tế bào MRI (CMRI) có thể theo dõi sự chuyển đổi thời gian và không gian của các tế bào có nhãn với các tác nhân tương phản MR trong cơ quan và mô [49]. Là một khu vực phát triển nhanh chóng nghiên cứu thực nghiệm, CMRI hứa hẹn sẽ dịch kết quả từ băng ghế dự bị để cạnh giường ngủ và có thể được sử dụng kết hợp với các thử nghiệm điều trị lâm sàng di động hoặc trong việc đánh giá các liệu pháp thuốc mới. Đối với ple-thi, Bulte et al. báo cáo bằng cách sử dụng MR hình ảnh để phát hiện sự di chuyển tế bào và myelination sau khi neurotransplantation của từ trường có nhãn CG-4 tế bào [50]. Cụ thể, sau khi ủ bệnh đơn giản của CG-4 tế bào và các thụ thể transferrin (TFR) được nhắm mục tiêu các hạt nano siêu thuận (magnetite) cho sự hấp thu các hạt, các từ tính có nhãn CG-4 tế bào được ghép vào cột sống của chuột sơ sinh md và littermates bình thường. Vào lúc 10 ngày sau khi cấy ghép, các dây thần kinh cột sống đã được loại bỏ và tiếp tục xử lý cho ba chiều hình ảnh độ phân giải cao MR. MR kính hiển vi cho thấy di dân rộng lớn (lên đến 8.4mm) của các tế bào ghép, đặc biệt trong lĩnh vực cột lưng (Hình 6a). Trong các tế bào không có nhãn (kiểm soát) hình ảnh MR ghép, không có-con trast ngoại trừ một chân tóc phạt đại diện cho 30 - theo dõi m của micropipette, mặc dù một tương tự rộng myelination đã hiện diện trong căn phối lưng [50]. Các thử nghiệm điều khiển khác bằng cách sử dụng các tế bào chết cho thấy có nhãn tương phản chỉ ở vị trí tiêm (Hình 6b). Kết quả này cho thấy rằng theo dõi MR của các tế bào ghép bởi nội bào nanopar từ-ticles có thể trở thành một công cụ mạnh mẽ cho sự hiểu biết cơ chế phân tử mà cuối cùng chịu trách nhiệm cho việc chuyển đổi tế bào và neurotransplantation Trong tế bào thao tác Một tính năng độc đáo của các hạt nano từ tính là để đáp ứng tốt với điều khiển từ tính, cho phép các hạt nano từ tính được điều khiển bởi một lực lượng mag-netic bên ngoài. Các thao tác điều khiển của vật liệu nano bên trong các tế bào sẽ trở nên khả thi nếu các-als nanomateri có từ tính, và sẽ dẫn đến những cách hiệu quả để thăm dò chức năng cụ thể của các phân tử hoạt tính sinh học trong lĩnh vực địa phương-ized hoặc ngăn các tế bào mà không làm phiền các phần khác của tế bào. Hướng tới mục tiêu này, Xu et al. tổng hợp các hạt nano từ tính huỳnh quang heterodimer Fe3O4-CdSe để thể hiện các thao tác trong tế bào của các hạt nano từ tính [51]. Sự kết hợp của QDs và hạt nano từ tính đã dẫn đến các ứng dụng mới trong các hệ thống sinh học hợp lý vì tính thuận lợi của họ [52-55]. Kết quả là các hạt nano từ tính chịu huỳnh quang hai tính năng hấp dẫn, superparamagnetism và cúm orescence-, cho phép chuyển động nội bào của họ phải được kiểm soát bằng cách sử dụng lực lượng từ tính và được giám sát bằng cách sử dụng một kính hiển vi huỳnh quang. Sử dụng các hạt nano từ tính huỳnh quang, nó là đơn giản để đánh giá các thao tác intracellu-lar của các hạt nano bởi một lực lượng từ tính. Các đồng tiêu vi hình ảnh của các tế bào cho thấy sự chuyển động của Fe3O4-CdSe @ GSH hạt nano bên trong các tế bào khi áp dụng một lực lượng nam châm. Sau khi ủ bệnh, tế bào có thể hấp thu HEK293T các GSH-sửa đổi lần Fe3O4-CdSe hạt nano cùng với vector pEGFP-N1. Dựa trên sự phát huỳnh quang màu xanh lá cây từ GFP (transfected cho các tế bào bằng cách sử dụng các vector pEGFP-N1) và huỳnh quang màu đỏ từ CdSe trong Fe3O4-CdSe @ GSH, những hình ảnh đồng tiêu đã xác nhận rằng các Fe3O4-CdSe @ GSH hạt địa phương trong bào tương của các tế bào . Như hình. 7a, mà không có sự ứng dụng của lực lượng từ tính, các Fe3O4-CdSe @ GSH hạt nano dis-tributed không cụ thể bên trong các tế bào vì [...]... dụng của vật liệu nano 1D bên trong các tế bào với một số kỳ thi chọn-ples Dây nano Đối với nhiều trường hợp các vật liệu nano dùng cho các ứng dụng y sinh học, các vật liệu nano đang hoạt động bên trong các tế bào Tuy nhiên, các kết nối trực tiếp của các tế bào với thế giới bên ngoài bởi giao diện vật liệu nano có thể đủ khả năng cơ hội lớn để thăm dò và thao tác sinh học pro-cesses xảy ra bên trong các. .. tế bào, các esteraza nội sinh bên trong tế bào chuyển đổi từ 1 tới hydrogelator 2, và các phân tử của 2 tự lắp ráp để tạo sợi nano (Hình 12b), kết quả là một hydrogel siêu phân tử bên trong tế bào Các đặc lại thay đổi độ nhớt của các tế bào chất và tế bào chết có khả năng gây ra Các cơ chế possi-ble cho sự hình thành các sợi nano trong tế bào được thể hiện từng bước trong hình 12c [84]: (i) các tế. .. trong các tế bào, qua các lớp màng, và giữa các tế bào lân cận [73] Các nghiên cứu chuyên sâu về vật liệu nano 1D với tỉ lệ cao, chẳng hạn như các dây nano và ống nano, tạo cơ hội tốt để phát triển các ứng dụng như vậy Yang et al thể hiện giao diện trực tiếp của các dây nano silic với các tế bào động vật có vú như chuột gốc phôi (MES) tế bào và các tế bào HEK293T không có bất kỳ lực lượng bên ngoài... tạp của vật liệu nano hóa học bề mặt So sánh với các phân tử nhỏ, kích thước của các hạt nano đôi khi là quá lớn để theo dõi các sự kiện trong tế bào mà không gây nhiễu Trong tion-Addi, rất khó để phát triển các sợi nano unidirectionally với độ dài cố định bằng cách sử dụng các phân tử nhỏ thông qua tự lắp ráp Đối với các ứng dụng cơ thể, sự ổn định sinh lý của vật liệu nano và khả năng của vật liệu nano. .. ngăn máu trong một thời gian dài và bề mặt các phối ghép vào các hạt nano để tạo điều kiện internalization cụ thể của họ trong các tế bào ung thư Một chiều bên trong tế bào vật liệu nano Một chiều (1D) vật liệu nano (ví dụ, dây nano, nan-otubes) cũng tìm thấy nhiều ứng dụng trong sinh học và y học vì cấu trúc độc đáo của họ Có quy mô micromet chiều dài và quy mô nanomet đường kính, vật liệu nano 1D... cơ bản của sự tương tác của vật liệu nano với các cấu trúc nội bào và quá trình Không giống như các nghiên cứu truyền thống trong sinh học molec-ular, độ chính xác phân tử của sự tương tác giữa các vật liệu nano và các đối tượng trong tế bào vẫn còn ở mức khá sơ khai và nhận được sự quan tâm insuf-ficient Mặc dù điều quan trọng là tập trung vào trong các ứng dụng y sinh học cơ thể của vật liệu nano và... huỳnh quang hạt nano từ tính vẫn sẽ là một vấn đề cho các ứng dụng sinh học của họ Nó cũng quan sát thấy các hạt nano tổng hợp một chút trước khi thao tác bên trong tế bào [51] Vì vậy, các thao tác và theo dõi các hạt nano- đơn bên trong tế bào sẽ được cấp trên nhưng vẫn là một thách thức vì những môi trường phức tạp bên trong tế bào, sự không đồng nhất của các hạt nano, và chi phí cao của thiết lập thử... nhiên xảy ra Dur-ing các ủ bệnh tế bào Như được thể hiện trong hình ảnh SEM (Hình 11a), một số dây nano được bên trong và bên dưới các tế bào Kính hiển vi huỳnh quang đồng tiêu hình ảnh (Hình 11b) đã xác nhận sự xâm nhập của các dây nano Si vào các tế bào [74] Các tế bào sống sót lên tới nhiều ngày trên các nền dây nano, cho thấy rằng các sợi nano có thể có khả năng sử dụng như một công cụ mạnh để nghiên... nhà đầu-tigate sự khác biệt giữa các tên miền đỉnh và basolateral trong các tế bào phân cực của các địa hóa bất đối xứng của các hạt nano từ tính thực hiện phối tử cụ thể, để cung cấp một cách hiệu quả để cụ thể thao tác các chức năng của protein trong tế bào mong muốn vị trí, và cuối cùng để giới thiệu một cách tiếp cận mới cho sự hiểu biết các quá trình cơ bản của tế bào và chức năng Tuy nhiên, việc... giản của họ Sau khi bị thu hút bởi một nam châm nhỏ, Fe3O4-CdSe @ GSH hạt nano aggre-gated trên mặt của các tế bào gần nhất của các nam châm (Hình 7b) Bởi vì thời điểm từ tính của họ quan trọng, các hạt nano từ tính nam châm trôi dạt đến do gradient từ trường Sự chuyển động của mỗi hạt nano trong từ trường (H) là một phần cản trở bên trong các tế bào do độ nhớt cao của bào tương, dẫn đến một phản ứng . Các ứng dụng của vật liệu nano bên trong tế bào Xem xét lại các ứng dụng của các loại vật liệu nano bên trong tế bào. Công nghệ nano liên quan đến việc phát triển. về các ứng dụng của vật liệu nano 1D bên trong các tế bào với một số kỳ thi chọn-ples. Dây nano Đối với nhiều trường hợp các vật liệu nano dùng cho các ứng dụng y sinh học, các vật liệu nano. diện của vật liệu nano bên trong các tế bào khi một trong những khám phá những lợi thế và những lời hứa của vật liệu nano cho các ứng dụng y sinh. Rõ ràng, các ứng dụng thành công của nanomate-rials