Upconverting nanoparticles as contrast agents for biomedicine

Abstract

Upkonverzní nanočástice (UCNP) představují zajímavou třídu kontrastních látek pro biomedicínské aplikace díky své schopnosti převádět infračervené světlo do viditelné nebo dokonce UV oblasti spektra. Cílem této práce bylo připravit UCNP s navázaným hyaluronanem (HA), přírodním polysacharidem, a prozkoumat jejich interakci s buňkami in vitro. Reprodukovatelnost syntézy UCNP typu β-Na(RE)F4 byla prokázána v sérii 15 po sobě jdoucích příprav. Byly připraveny částice s různými poměry RE prvků (Yb, Gd, Y, Lu, Er, Tm) s emisními spektry pokrývajícími rozsah od NIR po UV a pokročilé UCNP typu jádro/slupka s různými kombinacemi materiálu jádra a slupky. Metoda růstu slupky po vrstvách umožnila kontrolovat velikost částic. Hydrofobní UCNP byly obaleny derivátem HA s vázanou kys. olejovou. Micely UCNP@oleyl-HA byly stabilní v médiích pro kultivaci buněk, kde účinně omezovaly zhášení luminiscence UCNP. Druhý způsob navázání HA spočíval v sorpci HA-furanylu na UCNP převedené do vody a následném fotochemickém zesítění sorbovaného derivátu. Částice UCNP@HA-furanyl s hydrodynamickým průměrem ~180 nm tvořily stabilní koloid v buněčných médiích. Micely UCNP@oleyl-HA snižovaly viabilitu rakovinných buněk MDA-MB-231, zatímco pro normální lidské kožní fibroblasty nebyly toxické. Tento selektivní protinádorový účinek...

Upconverting nanoparticles (UCNP) represent an interesting class of contrast agents for biomedical applications due to their ability to convert infrared light into the visible or even UV region of the spectrum. The aim of this work was to prepare UCNP with bound hyaluronan (HA), a natural polysaccharide, and to investigate their interaction with cells in vitro. The reproducibility of the synthesis of β-Na(RE)F4 UCNP was demonstrated in a series of 15 consecutive preparations. Particles with different ratios of RE elements (Yb, Gd, Y, Lu, Er, Tm) with emission spectra covering the range from NIR to UV and advanced core/shell type UCNP with different combinations of core/shell material were prepared. The layer-by-layer shell growth method allowed to control the particle size. Hydrophobic UCNP were incorporated into oleyl-HA micelles. The UCNP@oleyl-HA micelles were stable in buffers and in cell culture media, where they effectively limited the quenching of UCNP luminescence. The second method of UCNP modification consisted of sorption of HA-furanyl onto particles followed by photochemical crosslinking. The UCNP@HA-furanyl particles with a hydrodynamic diameter of ~180 nm formed stable colloids in cell culture media. UCNP@oleyl-HA micelles reduced the viability of MDA-MB-231 cancer cells but were...