Les chercheurs expliquent la méthode nouvelle pour les nanoparticles conçus par représentation en tissus

Recherchez publié le rapid dans de microscopie de recherches et de technique petits groupes, technique d'imagerie hyperspectral rentable pour l'analyse de nanomaterial qui peut jeter la lumière choc de santé sur nanomaterials'

Comme testament au commandement d'Andrew Cuomo du Gouverneur en développant un unique écosystème de recherche et développement dans l'état de New-York, Sara Brenner, DM, M/H et ses collègues à l'institut polytechnique de SUNY (SUNY poly), les sciences d'École de Médecine de George Washington et de santé, et l'université pierreuse de ruisseau ont expliqué une méthode nouvelle pour la visualisation et l'identification rapides des nanoparticles conçus en tissus. Ces recherche, publiées dans la recherche de microscopie et la technique (« représentation Hyperspectral de Nanoparticles dans les échantillons biologiques : La visualisation simultanée et l'identification élémentaire "), les présents une méthode pour utiliser la microscopie améliorée de darkfield (EDFM) et la représentation hyperspectral (SIENNE) à facilement et rapidement des nanoparticles d'image en tissus des études toxicologiques et tracent la distribution des nanoparticles dans tous des échantillons biologiques basés sur la composition élémentaire.

Le tissu porcin de peau a exposé à la solution ENM-contenante et a tracé contre la bibliothèque spectrale de référence (RSL). Les rangées correspondent au tissu porcin de peau exposé au ceria et à l'alumine ENMs, respectivement. Chaque fléau montre le même champ de vision imagé avec différentes techniques. Le premier fléau correspond à une image de brightfield d'une hématoxyline et d'un échantillon souillé par éosine (agrandissement 40x). L'endroit joint dans un grand dos rouge a été magnifié à 100x et vu utilisant EDFM (fléau 2) et SIEN (fléau 3), où ENMs apparaissent en tant qu'éléments contrastés (flèches). Expositions du fléau 4 que la SON image a tracées contre le RSL, où les correspondances positives sont montrées dans le bleu pour le ceria et en magenta pour l'alumine. De haut en bas, les rangées correspondent à : corneum, derme, et tissus sous-cutanés de strate, respectivement.

« En raison des placements visionnaires d'Andrew M. Cuomo's du Gouverneur dans le couloir de pointe de l'état de New-York, SUNY poly est fier d'être au premier rang des nanomaterials que la recherche où ses moyens tranchants peuvent être accrus pour maximiser notre compréhension du choc vrai de ces matériaux, » a indiqué M. Michael Liehr, vice président exécutif de SUNY le poly de l'innovation et la technologie et le vice-président de la recherche. « Je recommande le M. Brenner et ses associés de recherches pour expliquer une technique plus efficace de bilan, qui pourrait aider à s'assurer que des travailleurs et les environnements basés sur nano d'industrie sont maintenus aussi sûrs comme possible. »

Car des nanoparticles sont de plus en plus comportés aux processus industriels et aux produits de consommation, l'étude des effets potentiels de l'exposition est critique pour assurer la santé et sécurité des travailleurs, des consommateurs, et de l'environnement. En particulier, l'entreprise de semiconducteurs utilise des nanoparticles d'oxyde de métal dans un procédé de fabrication, qui a été recensé par l'industrie pendant qu'un endroit critique pour la santé et sécurité recherchent en raison du potentiel pour l'exposition de travailleur. En leur parution récente, les chercheurs pouvaient détailler comment ils ont localisé des nanoparticles d'oxyde de métal dans un modèle porcin de tissu de peau d'ex vivo de l'exposition cutanée.

« L'étalon-or actuel pour la visualisation des nanoparticles dans les prélèvements de tissu est une microscopie électronique, qui est hautement temps et moyen-intensif, » a dit M. Sara Brenner, professeur adjoint de Nanobioscience et vice-président auxiliaire pour des initiatives de NanoHealth au poly et correspondant auteur de SUNY de l'étude. La « disponibilité d'une méthode alternative, rapide, et rentable détendrait ce goulot d'étranglement analytique, non seulement dans le nanotoxicology, mais dans beaucoup de domaines où la visualisation de nanoscale est critique. Les méthodes analytiques neuves et apparaissantes et les outils pour le dépistage de nanomaterial, la visualisation, et la caractérisation doivent suivre l'innovation en termes de développement, utilisation, et commercialisation de nanomaterial. Par conséquent, des formes de l'examen critique de haut débit et de la technologie directe de visualisation, telles que celui-ci, doivent être accrues pour étudier non seulement le comportement de nanomaterial dans des systèmes biologiques, mais être également appliquées dans le cadre de l'évaluation de l'exposition. Le système a la souplesse d'utilisation grande et l'installation pratique élevée - nous avons seulement commencé à rayer la surface de ce qu'il peut faire, » avons dit M. Brenner.

L'équipe de recherche a utilisé CytoViva, Inc.'s SON système, qui comporte un microscope amélioré de darkfield qui a amélioré le contraste et un rapport signal/bruit élevé pour la visualisation facile des nanoparticles, ainsi qu'un appareil-photo hyperspectral de représentation, qui combine la spectrophotométrie et la représentation, utilisant le bloc optique et les algorithmes avancés pour capter un spectre de 400-1,000nm à chaque pixel dans une image hyperspectral. Des caractéristiques Hyperspectral peuvent alors être employées pour recenser des matériaux d'intérêt pour un échantillon sans besoin de marquage fluorescent ou d'autres techniques destructrices de préparation des échantillons.

Des « Nanomaterials ont été employés pendant des décennies dans l'espace client de dermatologie, s'échelonnant des écrans solaires aux cosmétiques anti-vieillissement aux rectifications antimicrobiennes. Notre capacité de dissiper des préoccupations concernant la sécurité a été due limité aux contraintes de nos approches de représentation, qui est pourquoi la publication de cette technique maintenant validée est si importante, » a dit M. Adam Friedman, professeur agrégé de la dermatologie et directeur de la recherche de translation aux sciences d'École de Médecine et de santé de George Washington.

« On nous excite que la recherche et la technique de microscopie a identifié la signification de nos découvertes communes de recherches, qui ont été rendues traversant possible cette seule collaboration, » avons dit M. Mary Frame, professeur agrégé d'université pierreux de ruisseau et avons discerné le professeur de service dans le service de génie biomédical. « En étendant le travail préparatoire pour les moyens les plus efficaces avec lesquels pour concevoir les matériaux nanos en détail, nous pouvons évaluer mieux les implications de santé de ces particules car ils entrent en contact avec des êtres humains dans le milieu de travail et au-delà, préparant potentiellement le terrain pour les mesures améliorées qui peuvent assurer la santé et sécurité. »

La « situation actuelle de CytoViva SON système est un puissant outil pour la visualisation des nanoparticles, activant le haut-débit pour l'accomplissement efficace des caractéristiques critiques de santé, » a dit le Président Sam Lawrence de CytoViva, Inc. « Nous sommes captivés pour jouer une fonction clé dans ce partenariat entre le secteur public et le secteur privé de pointe dirigé par poly de SUNY qui supprime précédents recherches pour activer les milieux de travail basés sur nano caractéristique caractéristique et plus sûrs du contrat à terme. »

Non seulement les chercheurs ont-ils expliqué la capacité d'EDFM-HSI pour recenser et tracer des nanoparticles d'oxyde de métal dans un modèle porcin de tissu de peau de l'exposition (le schéma 1), mais de eux a également confirmé cette méthode suivre des méthodes traditionnelles : Spectroscopie de Raman (RS) et microscopie électronique de lecture (SEM) avec la spectroscopie aux rayons X dispersive d'énergie (EDS) pour l'analyse élémentaire. Après recensement des endroits dans les prélèvements de tissu positifs de contrôle qui ont été connus pour contenir des nanoparticles d'intérêt, les mêmes endroits se sont analysés par l'intermédiaire de SEM-EDS et de RS, qui ont confirmé l'identité des matériaux. Une fois que ces endroits étaient confirmés pour être les nanoparticles d'intérêt, des bibliothèques spectrales de référence (RSLs) contenant des caractéristiques hyperspectral ont été produites de ces endroits. RSLs ont été alors employés pour tracer les échantillons expérimentaux pour évaluer la présence et la distribution des nanoparticles en ces tissus, utilisant l'algorithme spectral de dispositif de cartographie (SAM) de cornière en logiciel hyperspectral de représentation et d'analyse (ENVI 4,8).

Bien qu'EDFM-HSI ait la résolution spatiale inférieure que la microscopie électronique, il s'entretient plusieurs avantages par rapport aux méthodes traditionnelles de microscopie électronique et de spectroscopie de Raman, en particulier en termes de temps et réduction des coûts, lui effectuant une alternative séduisante pour la visualisation et l'identification des nanoparticles. Puisqu'EDFM-HSI est utile pour étudier le biodistribution de nanoparticle, il peut également être appliqué dans les domaines de la recherche médicale, tels que la distribution de médicament de nanoscale. L'équipe de recherche augmente ce travail à d'autres modèles toxicologiques de l'exposition, des nanomaterials variés, et d'autres types de média, y compris des échantillons d'exposition environnementale et professionnelle. En partenariat avec l'institut national pour la sécurité du travail et la santé (NIOSH), des méthodes d'EDFM-HSI sont développées pour analyser des filtres à air usés par les travailleurs qui traitent les nanomaterials conçus, qui indique des informations sur l'exposition par inhalation dans le lieu de travail. Davantage de travail continue également sur le développement de protocole à évaluer la pénétration de nanoparticle dans les modèles cutanés d'exposition et la quantitation de nanoparticle dans les échantillons histologiques.

Notamment, cette recherche représente un de beaucoup de domaines cibles dans le consortium de NanoHealth et de sécurité (NHSC), une plate-forme entre le secteur public et le secteur privé basée sur poly de SUNY joignant la santé et sécurité humaine et environnementale en travers des industries pour introduire la commercialisation de nanotechnologie, qui est un élément clé d'une initiative récent annoncée de la Maison Blanche.