Fluorescentiebeeldvorming

Inleiding

moleculaire therapie tegen kanker, waaronder kleine moleculen, antilichamen, peptiden en nucleïnezuren, zijn een van de weinige levensvatbare behandelingsopties voor gedelokaliseerde, gemetastaseerde en inoperabele tumoren, evenals tumoren die niet kunnen worden gedetecteerd met behulp van conventionele klinische beeldvormingsmodaliteiten . Het behandelen van operabel operabele tumoren met moleculaire therapie is ook wenselijk, omdat ze minder invasief zijn dan chirurgie en het potentieel hebben om minder schade aan omringende gezonde weefsels te veroorzaken . Idealiter zal een moleculair therapeutisch selectief lokaliseren naar een tumorplaats na intraveneuze toediening. Eenmaal gelokaliseerd aan het tumorweefsel, zal de therapeutische ofwel uitroeien de kankercellen, of ervoor zorgen dat ze terug te keren naar een rustige staat. In werkelijkheid, staan de therapeutische molecules een aantal biologische barrières onder ogen die hen verhinderen selectief aan de plaats van actie in een actieve vorm te lokaliseren . De nucleic zure therapeutics, met inbegrip van siRNA, kunnen door endogene nucleases worden geïnactiveerd, terwijl vele chemotherapeutische molecules in van-doelcelpopulaties worden afgezonderd . De kleine molecule chemotherapeutics die met doelkankercellen in wisselwerking staan kunnen door drug efflux transporters worden verdreven . De fysieke barrières, met inbegrip van het endotheel, kunnen Vervoer van therapeutische molecules van vasculature in de tumorweefsels beperken . De therapeutische molecules die het endotheel omzeilen en het tumormicromilieu ingaan kunnen terug in systemische omloop verspreiden alvorens met doelcellen in wisselwerking te staan . Barrières op cellulair niveau, met inbegrip van het plasmamembraan, kunnen de intracellulaire accumulatie van therapeutische molecules verhinderen .

de inefficiëntie waarmee vele klassen van moleculaire antikankertherapeutica lokaliseren van systemische circulatie naar de plaats van werking is een belangrijke uitdaging voor hun klinische vertaling. Coformulatie van een moleculair therapeutisch met een therapeutisch leveringsvoertuig op nanoschaal (NDV) kan zijn selectieve lokalisatie aan de plaats van actie verbeteren .

NDV ‘ s zijn nanomaterialen, doorgaans variërend in grootte van 10 tot 100 nm, die zijn samengesteld uit organische verbindingen zoals lipiden en polymeren en/of anorganische materialen, waaronder goud, ijzeroxide en siliciumdioxide . Alleen hebben NDV ‘ s doorgaans geen therapeutische mogelijkheden. In plaats daarvan handelen zij als drager, die moleculaire Therapeutiek van de plaats van toediening aan de plaats van actie vervoeren. Na lokalisatie aan de plaats van actie, geeft NDV zijn therapeutische lading vrij, toestaand het om selectief met zijn moleculaire doel(en) in wisselwerking te staan. Vanwege hun unieke grootteschaal interageren NDV ‘ s met biologische systemen op manieren die fundamenteel verschillen van moleculaire therapie. Dientengevolge, kunnen NDVs veel van de biologische transportbarrières overwinnen die moleculaire therapeutiek worden geconfronteerd. De meeste NDV ‘ s zijn groter dan de glomerulaire filtratie cutoff grootte in de nier . Tegelijkertijd zijn goed gedispergeerde NDV ‘ s doorgaans kleiner dan de miltfiltratie cutoff grootte . Als gevolg hiervan zijn NDV ‘ s fysiek beperkt tot het vasculaire compartiment, waardoor ze gedurende langere tijd in het bloed kunnen circuleren.Hoewel NDV ‘ s groter zijn dan de interendotheliale kruispunten in gezonde weefsels, zijn ze vaak kleiner dan vergrote endotheliale poriën in het vasculaire bed van snel uitbreidende tumoren . Na extravasatie in een tumormicromilieu, staat de vrij grote grootte van een NDV toe om in het weefsel worden behouden . Door de oppervlakte van NDV met neutrale hydrofiele molecules te functionaliseren, kan zijn vereniging binnen off-target cellen worden geminimaliseerd . Door het later vastmaken van het richten molecules, kan de interactie van een NDV met een bevolking van de doelcel worden bevorderd. NDVs kan binnen kankercellen door endocytose worden geïnternaliseerd, waardoor zij de transporters van de drugefflux kunnen omzeilen, en kan worden gebouwd om aan het endosome te ontsnappen, waardoor zij therapeutiek aan specifieke subcellular compartimenten kunnen leveren . Naast het overwinnen van veel van de barrières die de levering van moleculaire therapie onder ogen zien, kan NDVs ook de oplosbaarheid van hydrophobic therapeutische molecules verbeteren die niet geschikt zijn voor direct beleid .

een aantal NDV-formuleringen zijn met succes ontwikkeld om moleculaire antikankertherapeutica te leveren specifiek op hun werkingsplaats. Sommige chemotherapeutica coformuleerd met liposomen en polymere nanostructuren zijn zelfs vertaald in de klinische praktijk . Deze formuleringen hebben een aanzienlijke vermindering van ongunstige bijwerkingen in vergelijking met het beleid van vrije therapeutische molecules getoond . De klinische en preklinische prestaties van veel NDV ‘ s waren echter teleurstellend. Hoewel NDV ‘ s succes hebben getoond in het beperken van toxiciteit buiten het doel door accumulatie in gevoelige weefsels te vermijden, bieden veel formuleringen weinig verbetering in het therapeutische resultaat . Als moleculaire therapeutiek, worden ndvs geconfronteerd met biologische barrières die hen verhinderen efficiënt te lokaliseren aan de plaats van actie. Bijvoorbeeld, kan NDVs snel uit het bloed na intraveneuze toediening door macrofagen van het mononucleaire fagocytensysteem (MPS) die in de lever, milt, beendermerg, en lymfeklieren verblijven worden gezuiverd . MPS macrophages zijn gespecialiseerd in het herkennen, overspoelen en vernietigen van vreemde deeltjes en celpuin. Binnen het vaatbed van de tumor, is de permeabiliteit van endothelial poriën vaak ongelijk, met sommige gebieden van een tumor die hoogst permeabel aan NDVs zijn, terwijl anderen niet zijn . Als gevolg hiervan perfuseren NDV ‘ s de tumormicromilieu vaak ongelijk. NDVs die in het tumormicromilieu extravasate doen kan worden verhinderd om binnen de dichte collagenous extracellulaire matrijs te verspreiden die de tumorcellen omringt .

door hun afmetingen op nanoschaal beschikken NDV ‘ s over een enorme ontwerpvrijheid. Variatie in de structuur van een NDV, inclusief de grootte, vorm, Oppervlaktechemie en samenstelling, kan een dramatisch effect hebben op de handel binnen een biologisch systeem. Het is echter niet duidelijk hoe de structuur van een NDV zijn biologische interacties beïnvloedt, waardoor het moeilijk is om de ontwerpvrijheid te benutten om de biologische barrières te overwinnen waarmee het wordt geconfronteerd . Hierdoor worden de meeste NDV ‘ s geformuleerd op basis van Ad-hoc ontwerpprincipes en de intuïtie van de ontwerper. De mogelijkheid om dynamisch het leveringsproces te volgen, met inbegrip van het transport van een NDV binnen een biologisch systeem en zijn therapeutisch release profiel, kan kritische feedback geven tijdens het ontwerpproces. Het dynamische volgen staat een ontwerper toe om de specifieke biologische barrières te identificeren die de lokalisatie van een NDV aan de doelplaats verhinderen . Bijvoorbeeld, kan een NDV die diep binnen een tumormicromilieu moet verspreiden binnen de perivasculaire ruimte worden afgezonderd die tumorbloedvat omringen. Alternatief, kan een NDV die bedoeld is om binnen een doelcelpopulatie te internaliseren in plaats daarvan slechts aan het celmembraan hechten. Een andere NDV-formulering kan internaliseren binnen een doelcel, maar kan er niet in slagen om efficiënt zijn therapeutische lading vrij te geven. In deze scenario ‘ s geeft het identificeren van de relevante biologische Barrière de ontwerper waardevolle informatie die kan worden gebruikt om de NDV te herformuleren om de barrière te overwinnen. Tegelijkertijd levert het dynamisch volgen van het therapeutische leveringsproces fundamentele inzichten op in de mechanismen waardoor NDV ‘ s interageren met biologische systemen en kunnen worden gebruikt om relaties te leggen tussen het ontwerp van een NDV en het resulterende biologische gedrag . Deze informatie kan worden gebruikt om het ontwerp van nieuwe NDV-formuleringen te begeleiden.

om een NDV met behulp van optische beeldvorming te kunnen volgen, moet het optisch contrast genereren. Nochtans, produceren de meeste conventionele ndvs, met inbegrip van liposomes, polymere nanoparticles, nanoparticles van het ijzeroxide, en gouden nanoparticles, geen optisch contrast endogeen. In plaats daarvan, moeten zij met exogene optische etiketten, zoals moleculaire fluorophores worden gewijzigd. Het wijzigen van een NDV met een exogeen label heeft echter een aantal nadelen. Als het etiket aan het oppervlak van de NDV is bevestigd, kan het interacties buiten het doel bevorderen. Bijvoorbeeld, kunnen de exogene etiketten de erkenning van NDV door Weefsel-residente macrophages van MPS vergemakkelijken, die het tarief van bloedklaring verbeteren . Ten tweede kan het exogene label een negatieve invloed hebben op de fysicochemische eigenschappen van NDV, waardoor de efficiëntie en dynamiek van therapeutische lading en afgifte verandert . Tot slot kunnen exogene labels zich van de NDV distantiëren tijdens de handel binnen een biologisch systeem, waardoor artefacten ontstaan tijdens het weergaveproces . Om deze nadelen te vermijden, is het wenselijk dat de NDV wordt geformuleerd met behulp van een nanomateriaal platform dat endogeen optisch contrast bezit. De halfgeleider nanocrystals, ook als quantumpunten (QDs) wordt bekend, zijn één dergelijk nanomaterial platform . Wanneer een QD wordt opgewekt met fotonen van licht met voldoende energie, wordt een elektron binnen zijn valentieband bevorderd tot de geleidingsband, waardoor een opgewekt elektron-gatpaar ontstaat. Als de QD is samengesteld uit een directe band gap halfgeleider, de-excitatie van het elektronengat paar resulteert in de emissie van een foton van licht. De golflengte van het uitgezonden foton hangt van zowel de grootte van QD als zijn chemische samenstelling af. Naast het produceren van endogeen optisch contrast, bezit QDs ook een grote functionele oppervlakte die met therapeutische molecules kan worden geënt. Dit staat QD toe om als therapeutisch leveringsvoertuig op nanoschaal (NDV) op te treden. QDs die als NDVs dienst doen worden genoemd theranostic quantumpunten omdat zij de kenmerkende mogelijkheden van de QD-kern met de therapeutische mogelijkheden van de in bijlage opgenomen therapeutische molecules combineren .

dit hoofdstuk onderzoekt de ontwikkeling en toepassing van theranostische QDs. Het eerste deel bespreekt het ontwerp en de synthese van theranostische QDs. Het tweede deel belicht de toepassing van theranostic QDs voor traceerbare therapeutische levering, laat zien hoe ze kunnen worden gebruikt om een formulering te valideren en te optimaliseren, om de fundamentele mechanismen van interactie met biologische systemen te verduidelijken, en om structuur-activiteitsrelaties te ontwikkelen. Ondanks een groeiend aantal preklinische studies die het potentieel van QDs voor zowel diagnostische als therapeutische toepassingen aantonen, zijn er geen op QD gebaseerde formuleringen naar de kliniek vertaald. Het derde deel bespreekt toxiciteit als een belangrijke barrière voor de klinische vertaling van theranostic QDs. Het laatste deel wordt afgesloten met een bespreking van toekomstige ontwikkelingen op dit gebied, waarbij de nadruk wordt gelegd op de noodzaak van theranostische QDs die gemakkelijker kunnen worden vertaald in de klinische praktijk.