اصل و ترجمه مقاله لاتین Nanoscale probes encapsulated by biologically localized embedding (PEBBLEs) for ion sensing and imaging in live cells
Nanoscale probes encapsulated by biologically localized embedding (PEBBLEs) for ion sensing and imaging in live cells
Abstract
This review discusses the development and recent advances of probes encapsulated by biologically localized embedding (PEBBLEs), and in particular the application of PEBBLEs as ion sensors. PEBBLEs allow for minimally intrusive sensing of ions in cellular environments due to their small size (20 to 600 nm in diameter) and protect the sensing elements (i.e. fluorescent dyes) by encapsulating them within an inert matrix. The selectivity and sensitivity of these nanosensors are comparable to those of macroscopic ion selective optodes, and electrodes, while the response time and absolute detection limit are significantly better. This paper discusses the principles guiding PEBBLE design including synthesis, characterization, diversification, the advantages and limitations of the sensors, cellular applications and future directions of PEBBLE research.
Keywords
Ion-selective electrodes, Rat C6 glioma, Optical nanosensors, Ionophore, Bulk optodesSensors, ProbesCell imaging
سنسورهای یون PEBBLE در سلول های زنده
در این بخش، ما چهار روش مختلف را که برای تحویل سنسور PEBBLE به سلول ها استفاده شده است، معرفی کرده و در مورد چند نمونه از برنامه های کاربردی با استفاده از PEBBLEs مبتنی بر هر سه ماتریس مختلف بحث می کنیم (پلی آکریل آمید، PDMA و سل- ژل سیلیکا).
4.1. روش های تحویل PEBBLE
یکی از مهم ترین ملاحظات هنگام استفاده از نانو سنسور PEBBLE برای مطالعات تک سلولی، تحویل PEBBLEs به درون سلول می باشد. روش های تحویل بسیاری وجود دارد که کاوش شده اند عبارتند از تفنگ ژن، تزریق پیکو، تحویل لیپوزوم، و جداسازی (فاگوسیتوز و پینوکیتوسیس) به ماکروفاژها. همه این روش ها در این بخش به طور مفصل ارائه و در شکل 11 خلاصه شده است.
تا به حال، روش تحویل تفنگ ژن اغلب برای تحویل موفقیت آمیز PEBBLE به سلول ها استفاده شده است [19]، و آن می تواند به عنوان بهترین روش تفنگ ساچمه ای باشد (شکل A11). آماده سازی نمونه برای سیستم تحویل ذرات نیاز به پراکندگی PEBBLEs در اتانول و یا آب و کاربرد دقیق یک لایه نازک PEBBLEs بر روی دیسک حامل (تحویل) می باشد. این دیسک در زیر یک دیسک گسیخته تنظیم شده است. فشار هلیم سپس در پشت دیسک گسیخته است، که در یک فشار هلیوم خاص و راندن PEBBLEs از روی دیسک حامل به سلول های چسبنده ایجاده شده در یک ظرف کشت (تنظیمی در فاصله معینی زیر دیسک حامل) در حالت تفنگ ساچمه ای گسیخته می شود. تفنگ ژن می تواند برای تحویل یک تا هزاران سلول PEBBLEs به تعداد زیادی از سلول های بسیار سریع (وابسته به غلظت PEBBLEs بر روی دیسک تحویل) مورد استفاده قرار گیرد [18-20،30،52]. زنده ماندن سلول ها برای تعداد کمی از PEBBLEs بسیار عالی است، 98٪ زنده ماندن در مقایسه با سلول های کنترل، و لولا به طور مستقیم بر روی تعدادی از سلول های PEBBLEs تحویل داده شده، فشار تحویل، و خلاء محفظه می باشد [19]. در تحویل تفنگ ژن، آن برای هدایت سنسورها به یک منطقه خاص آسان نیست از آنجایی سلول PEBBLEs در یک الگوی تصادفی نمی باشد. با این حال، تغییر فشار شلیک و یا فاصله بین دیسک حامل و سلول ها به سلول های PEBBLEs با لحظه های متفاوت منجر می شود. با کنترل این حرکت، PEBBLEs به طور انتخابی یا در هسته و یا در سیتوزول سلول ها باقی می ماند [52].
شکل. 11. نمایندگی شماتیک از روش های تحویل PEBBLE. (A)
تحویل تفنگ ژن،(B)پیکواینجکشن، (C) تحویل لیپوزومی و (D) فاگوسیتوز.
پیکواینجکشن برای تزریق پیکولیتر (pl) حجم PEBBLE حاوی محلول به سلول های تک استفاده می شود (شکل 11B). این روش تحویل به ایجاد کشیدگی مویرگی "سوزن"، از طریق استفاده از یک پیپت- کشش و یک میکرو- جعل بستگی دارد. کوچکترین حجم تحویل PL 10 است و محلول PEBBLE متمرکزتر برای کار در سرنگ کشیده مویرگی mgml-1 5 PEBBLEs است. حداکثر تعداد PEBBLEs ای که می تواند قرار گیرد به حجم محلول که می تواند بدون آسیب رساندن به سلول تزریق شود، بستگی دارد. پیکواینجکشن می تواند یک طیف گسترده ای از غلظت PEBBLE در سلول ارائه دهد، و زنده ماندن سلول ها خوب است (اگر توسط متخصص انجام شود)، اما به دلیل اینکه هر سلول باید به صورت جداگانه تزریق شود، روش وقت گیر و خسته کننده ای است [19].
لیپوزومها در دسترس تجاری نیز می توانند برای ارائه PEBBLEs به سلول استفاده شوند (شکل 11C). لیپوزومها در یک محلول از PEBBLEs ارائه شده اند و سپس در کشت سلولی که در آن لیپوزومهای فیوز با غشای سلول و محتویات خالی آنها به درون سلول قرار داده شده است (محلول حاوی PEBBLE). سه عامل نقش کلیدی در تعیین تعداد PEBBLEs تحویل داده شده به هر سلول با این روش بازی می کند: غلظت اولیه PEBBLEs ، غلظت لیپوزومها قرار داده شده در کشت سلولی، و مدت زمانی که لیپوزومها سلول را ترک کرده اند [17،19،30]. این پارامترها باید برای هر سلول به منظور به دست آوردن غلظت مورد نظر PEBBLEs در سلول، استفاده شود. در حالی که این امر می تواند برای ارائه یک PEBBLE تنها به هر سلول با این روش دشوار باشد، آن چه به نظر می رسد این که یک هدف کم از بین PEBBLEs 50-10 در هر سلول امکان پذیر خواهد بود، هدف بالا حداکثرسازی تعداد PEBBLEs سلول هایی است که می تواند بدون از دست دادن زندگی خود گرفته شود. تحویل لیپوزومی برای ارائه PEBBLEs به بسیاری از سلول ها به طور همزمان مفید است. چالش در اندازه گیری تحویل، برای غلظت مطلوب و برای خط سلول مورد استفاده می باشد. بدیهی است، اندازه PEBBLE نیاز دارد برای این روش به اندازه کافی کوچک باشد، و تحویل اساسا به سیتوپلاسم سلول محدود باشد.
ماکروفاژها، یک سلول تخصصی سیستم ایمنی بدن، PEBBLEs را به طور خودکار می گیرند (شکل D11) [19]. تعداد PEBBLEs هایی که هر ماکروفاژ می گیرد به غلظت محلول PEBBLE و مقدار زمانی که ماکروفاژها اجازه دارند که در محلول PEBBLE بماند، بستگی دارد. مزیت این روش تحویل این است که راحتی می تواند غلظت های مختلف از PEBBLEs را به ماکروفاژها ارائه دهد. معایب عبارتست از اینکه به طور عمده برای ماکروفاژها(که سخت کشت می شوند) و PEBBLEs هایی که تنها در مناطق درونی سلول خاص هستند، مفید است. این روش نیز زنده ماندن سلولها را بسیار عالی فراهم می کند.
4.2. نمونه های معمولی از کاربردهای بیولوژیکی نانوحسگرهای PEBBLE
توانایی سنسورهای PEBBLE برای اندازه گیری تجزیه و تحلیل داخل سلولی در تخمک های نارس موش و ماکروفاژ آلوئولی موش، و نیز در نوروبلاستوما، مایومتریال و سلول های گلیوما نشان داده شده است [18-20،30،32،40،41،52]. همه فن آوری های PEBBLE در حال حاضر استفاده شده به نسبت نشر فلوئورسانس برای انتقال سیگنال متکی می باشد. تصویربرداری همراه با هر دو سیستم کانفوکال مجهز به لیزر با Ar-Kr و Ne- He و یا در میکروسکوپ فلورسانس معکوس انجام شد. در زیر نمونه هایی از تصویر برداری سلول های زمان واقعی، با استفاده از تکنیک های استاندارد میکروسکوپ فلورسنت می باشد.
4.2.1. PEBBLEs های کلسیم مبتنی بر پلی آکریل آمید
اولین PEBBLE یونی برای موفق بودن در اندازه گیری های درون سلولی، با ماکروفاژها نشان داده شده است، انتخابی برای کلسیم (حاوی کلسیم زرشکی) بودند، و برای شناسایی کلسیم در فاگوسیتوز، در ماکروفاژ آلوئولی موش مورد استفاده بودند [19]. تعلیق PEBBLE در محدوده mg ml−1 0.3-1.0 به سلول از طریق فاگوسیتوز، وارد شدند. این روش برای ارائه PEBBLEs ها به سلول های ساده و در عین حال مهم، آزمون سنسورهای PEBBLE در یک محیط داخل سلولی (اسیدی) چالشی ارائه شده است. سپس تصاویر ماکروفاژ در کانفوکال و طیفی از همان سلول گرفته شده در میکروسکوپ فلورسنس به دست آمد. ماکروفاژ که تا به حال در فاگوسیتوز nm 20 سنسور PEBBLE کلسیم انتخابی (شکل 12A و B) با میتوژن، کانکاناوالین A (باهم)، شامل افزایش آهسته در کلسیم داخل سلولی، که در طی یک دوره 20 دقیقه زیر نظر گرفته شده بود، به چالش کشیده شد (شکل . 12C). خوشه های PEBBLE به فاگوسیم مرتبط فعال از شار یونی با تحریک این اندامک محدود شده بود.
PEBBLEs کلسیم در آزمایش ماکروفاژ یک زمان مشاهده پدیده بیولوژیکی حل و فصل را در یک سلول زنده به وضوح نشان می دهد. به وضوح می توانید اطلاعات مربوط به حوزه زمان را با میکروسکوپ فلورسنس، طیف سنج و CCD بدست آورید. با یک سیستم کانفوکال و مجموعه رنگ / فیلتر مناسب، می توان هر دو قدرت تفکیک زمانی و مکانی را بدست آورد، همانطور که در زیر نشان داده است.
شکل 12. ماکروفاژ آلوئولی موش با سنسورهای PEBBLE کلسیم (60 ×).
(A) نور نومارسکی و (B) نور فلورسانس (C) افزایش کلسیم داخل سلولی،
کنترل شده توسط PEBBLEs کلسیم در استخوان آلوئول به دنبال تحریک
ماکروفاژ با μgml−1 30 کانکاناوالین A [19].
PEBBLEs کلسیم حاوی رنگ "کلسیم- سبز" (پروب مولکولی) در ترکیب با رنگ سولفوریدامین، به عنوان اجزای سنجش استفاده شده است [30]. کلسیم سبز فلورسانس در شدت با افزایش غلظت کلسیم افزایش می یابد در حالی که در شدت فلورسانس سولفوریدامین، بدون در نظر گرفتن غلظت بیولوژیکی مربوط به یون، pH محلول، و یا دیگر اجزای سلولی بدون تغییر باقی مانده است. کالیبراسیون PEBBLEs و همچنین مطالعات مداخله ای در محلول انجام شد و باید برای هر اندازه گیری سلولی نگه داشته شود. بنابراین، نسبت شدت کلسیم سبز / سولفوریدامین نشانه خوبی از سطح کلسیم سلولی بدون در نظر گرفتن رنگ و یا غلظت PEBBLE ، و یا نوسانات شدت منبع نور ارائه می دهد. شکل 13 یک تصویر میکروسکوپ کانفوکال از سلول های گلیوما C6 انسانی حاوی کلسیم PEBBLEs سبز/ سولفوریدامین نشان می دهد. PEBBLEs های لیپوزومها به سیتوپلاسم سلول های تحویل داده شد. در تصویر فلورسانس سولفوریدامین قرمز است (اوج مرجع)، در حالی که کلسیم سبز، زرد/ سبز است.کلسیم سبز فلورسانس با افزایش شدت کلسیم را افزایش می دهد (هر دو رنگ در داخل PEBBLEs محدود شده). سم، ام-دینیتیروبنزن (DNB) در سمت چپ نمونه معرفی شده و اجازه پخش به سمت راست دارد. اثر DNB اختلال در عملکرد میتوکندری، پس از انتشار کنترل نشده از کلسیم در ارتباط با شروع انتقال میتوکندری نفوذپذیری (MPT) است[30]. این باعث می شود PEBBLEs کلسیم در داخل سیتوزول سلول های مختلف به نور، از چپ به راست، در هر زمان نزدیک شوند. در نتیجه، وضوح بالا در هر دو حوزه مکانی و زمانی به دست می آید. PEBBLEs کلسیم نیز برای تعیین اینکه نرخ نیمه حداکثر آزادسازی کلسیم (EC50) در 10 برابر غلظت پایین تر از M-DNB در سلول های نوروبلاستوما SY5Y انسان از سلول های گلیوما C6 انسان رخ داده است، مورد استفاده قرار گرفت.
شکل. 13. تصویر میکروسکوپ کانفوکال از سلول های گلیوما C6 انسانی
حاوی PEBBLEs کلسیم سبز / سولفاردامین (DNB حرکت چپ به راست).
4.2.2. PEBBLEs پتاسیم مبتنی بر PDMA
PEBBLEs K+ مبتنی بر PDMA به سلول های موش C6-گلیوما ، با استفاده از یک BioRad (هرکول، CA) بیولیستیک PDS-1000/He سیستم تفنگ ژن تحویل داده شد. میکروسکوپ کانفوکال برای تعیین محلی سازی سنسور PEBBLE بعد از تحویل تفنگ ژن استفاده شده است [18]. شکل 14 این جریان را از تصویر فلورسنت کانفوکال PEBBLEs، تزیین شده با نومارسیکی مداخله متفاوت تصویر مقابل از سلول نشان می دهد. تصویر نشان می دهد که سنسور PEBBLE در سیتوپلاسم سلول گلیوما ترجمه شده است. مدت کوتاهی بعد از ارائه PEBBLEs ، سلول در یک میکروسکوپ فلورسنت معکوس قرار داده شد. طیف پیوسته در فواصل 1.3 ثانیه قرار گرفت. پس از 20 ثانیه، و بعد از 60 ثانیه، μl 50 از mg ml−1 0.4 اسید کاینیک به سلول میکروسکوپ تزریق شد. اسید کاینیک برای تحریک سلول ها با باز شدن کانال های یونی شناخته شده است. شکل 14 سنسور PEBBLE داخلی سلول در پاسخ به اسید کاینیک تا متوسط سلول، پس از 20 و 60 ثانیه نشان می دهد. می توان گفت که افزایش لگاریتم (aK+ /aH+) را ببینید، که یا افزایش در غلظت K+ و یا کاهش در غلظت H+(افزایش PH) را نشان می دهد.
فایل pdf اصل مقاله 19 صفحه
فایل word ترجمه مقاله 16 صفحه
Back to the basics: Revisiting the development accounting methodology Abstract The standard baseline estimate in development accounting is imprecise because of a mismatch between the estimate of physical capital and the estimate of physical capital’s share, the fraction of total income accruing to physical capital. I adjust for this mismatch, and in so doing, incorporate natural capital. I ...
Pulsed Light Treatments for Food Preservation. A Review Abstract Consumers demand high-quality processed foods with minimal changes in nutritional and sensory properties. Nonthermal methods are considered to keep food quality attributes better than traditional thermal processing. Pulsed light (PL) is an emerging nonthermal technology for decontamination of food surfaces and food packages, consis ...
Pulsed light for food decontamination: a review Pulsed light (PL) is a technique to decontaminate surfaces by killing microorganisms using pulses of an intense broad spectrum, rich in UV-C light. The present review is focused on the application of PL for food decontamination. It revises the mechanism of microbial inactivation (UV-C as the most important part of the spectrum, photothermal and phot ...
Decontamination by ultrasound application in fresh fruits and vegetables Abstract Changes in consumer eating habits, health concerns, and convenient and practical foods have led to an increased demand for fruit and vegetable products. Food safety is essential considering that there are reports of outbreaks involving the consumption of fruits and vegetables contaminated with pathogens. Washing ass ...
Effect of ohmic treatment on quality characteristic of meat: A review Abstract Ohmic cooking, a well-known electro-heating technique, provides an alternative method for cooking meat products due to its ability for rapid heat generation. Ohmic heating uses the resistance of meat products to convert the electric energy into heat. The rate of heat generation depends on the voltage gradient applied a ...
Bio-nanocomposites for food packaging applications Abstract There is growing interest in developing bio-based polymers and innovative process technologies that can reduce the dependence on fossil fuel and move to a sustainable materials basis. Bio-nanocomposites open an opportunity for the use of new, high performance, light weight green nanocomposite materials making them to replace conventional ...
Seismic Performance Evaluation of Urban Bridge using Static Nonlinear Procedure, Case Study: Hafez Bridge Abstract Bridges as key elements in the lifeline of each country or urban transportation play a fundamental role economically, politically and militarily. The possibility of severe damage to bridges that are subjected to earthquake leads to the necessity of seismic evaluation of existing ...
Evaluation of the Use of Steel Bracing to Improve Seismic Performance of Reinforced Concrete Building Abstract The aim of this paper is to evaluate the possible improvement of seismic performance of existing reinforced concrete building (the 5th Building of UNS Engineering Faculty) by the use of steel bracing. Three methods of seismic evaluation are employed for the purpose of the study i.e. ...