Chemische Charakterisierung und Spurenanalytik
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In this work, we describe a simple solvothermal route for the synthesis of Eu3+-doped gadolinium orthovanadate nanocrystals (Eu:GdVO4−PAA) functionalized with poly(acrylic)acid (PAA), that are applicable as cell labeling probes for multimodal cellular imaging. The Eu3+ doping of the vanadate matrix provides optical functionality, due to red photoluminescence after illumination with UV light. The Gd3+ ions of the nanocrystals reduce the T1 relaxation time of surrounding water protons, allowing these nanocrystals to act as a positive MRI contrast agent with a r1 relaxivity of 1.97 mM−1 s−1. Low background levels of Eu3+, Gd3+, and V5+ in biological systems make them an excellent label for elemental microscopy by Laser Ablation (LA)-ICP-MS. Synthesis resulted in polycrystalline nanocrystals with a hydrodynamic diameter of 55 nm and a crystal size of 36.7 nm, which were further characterized by X-ray diffraction (XRD), photoluminescence spectroscopy (PL) and transmission electron microscopy (TEM). The multifunctional nanocrystals were subsequently used for intracellular labeling of both human adipose-derived stem cells (MSCs) and A549 (adenocarcinomic human alveolar basal epithelial) cells.
In der klinischen Diagnostik werden für zytometrische Messverfahren bereits eine Reihe von Reagenzien eingesetzt zur Markierung von Antikörper eingesetzt, um die Detektion von Biomarkern mittels Fluoreszenz- oder Flugzeitmassenspektrometrie zu ermöglichen.
Seit kurzem ist auch eine Imaging Mass Cytometry Kombination direkt erhältlich, wodurch der Nachweis von Biomarkern in Gewebeschnitten erreicht werden kann. Dazu wird eine Kopplung von Laser Ablation und induktiv gekoppeltem Plasma Massenspektrometrie eingesetzt, wobei ähnlich der Massenzytometrie, zuvor Antikörper mit Metallen markiert, und im Anschluss mit dem Gewebeschnitt inkubiert werden. Durch die hohe Ortsauflösung können die Biomarker lokalisiert, und zukünftig vielleicht auch quantifiziert werden.
Insbesondere Lanthanide eignen sich als Markierungsmetalle, da sie einen niedrigen Untergrund und chemisch ähnliches Verhalten zueinander aufweisen. Allein durch diese Elemente können bereits etwa 15 Parameter unterschieden werden, was durch isotopenreine Standards weiter gesteigert werden kann.
Vom Markierungsgrad abhängig werden unterschiedlich viele Metalle am Antikörper gebunden, und beeinflussen so die Sichtbarkeit im ICP-MS. Nanopartikel könnten daher eine deutliche Steigerung der Sensitivität bewirken. GdVO4 Nanokristalle scheinen bisher sehr vielversprechend und bieten neben multiparametrischen Anwendungen auch Multimodalität.
Die Synthese der Nanokristalle zeigte hohe Homogenität und Reproduzierbarkeit in Partikelgröße in der Zusammensetzung. Ein erstes Experiment mit einer Zellkultur konnte bereits die effiziente Markierung der Zellen unter Beweis stellen, wobei durch hohe Signalstärke auch subzelluläre Auflösung in der LA-ICP-MS erreicht werden konnte.