p Sondas fotoluminescentes com alta biocompatibilidade, rendimento quântico e desempenho de absorção multifotônica são de interesse significativo em imagens biomédicas, espera-se alcançar profundidade de penetração melhorada e resolução espacial. Os pontos quânticos (QDs) de seleneto de ferro (FeSe) atendem a esses critérios com base em um novo relatório publicado em Avanços da Ciência por J. Kwon e uma equipe de pesquisadores nos departamentos interdisciplinares de Química, Ciência do Biomaterial e Engenharia Cogno-Mecantrônica na Coréia e China. Os pontos quânticos são cristais semicondutores luminescentes em escala nanométrica com propriedades físicas e químicas exclusivas em relação à sua estrutura e composição. p Os QDs sintéticos no presente estudo podem exibir propriedades de excitação de dois e três fótons em comprimentos de onda de 800 e 1800 nm com um alto rendimento quântico (40 por cento) para imagens de segunda janela. Os materiais também foram biocompatíveis e verificados por Kwon et al. quando eles ligaram os QDs conjugados com poli (etilenoglicol) com anticorpos do receptor do fator de crescimento epidérmico humano 2 (HER2) para imagens de dois fótons in vitro e in vivo. Os cientistas conseguiram obter imagens das superfícies a uma profundidade de até 500 µm da superfície da pele usando um laser de femtossegundo não linear em um comprimento de onda de excitação de 800 nm. Os resultados podem abrir um novo caminho para o uso de QDs FeSe biocompatíveis para imagens de tecidos multifóton durante o diagnóstico de doenças.

p Os calcogenetos de metais de transição são atraentes em uma gama de áreas de pesquisa em nanociência, com aplicações como semicondutores magnéticos, supercondutores, fotovoltaica, eletrocatalisadores, sensores e pontos quânticos. Materiais em camadas à base de ferro são candidatos promissores a supercondutores com baixa toxicidade e custo, com temperatura de transição supercondutora inesperadamente alta. Materiais de calcogeneto de ferro podem se tornar nanossemondutores fluorescentes quando suas dimensões são reduzidas a zero. Estes têm propriedades optoeletrônicas exclusivas relevantes em imagens biológicas e conversão de energia solar. Imagens biomédicas fluorescentes com nanocristais semicondutores são uma técnica de detecção promissora devido à alta fotoestabilidade e sintonia dos nanocristais durante os espectros de absorção e emissão em comparação com os corantes orgânicos convencionais. Os QDs também podem exibir fotoluminescência excitada por multifotons (PL), onde um luminóforo pode absorver simultaneamente mais de dois fótons por meio de um estado virtual para emitir luz visível.

p O fenômeno pode permitir uma maior profundidade de penetração para redução da autofluorescência e espalhamento do tecido, com benefícios para imagens de fluorescência biomédica in situ durante cirurgia de câncer. Os cientistas, portanto, veem a microscopia multifotônica (MPM) como um método não invasivo, na Vivo, ferramenta de imagem de tecido profundo. No presente estudo, Kwon et al. foram motivados por trabalhos anteriores para sintetizar QDs biocompatíveis com propriedades luminescentes de dois e três fótons usando elementos de ferro (Fe) e selênio (Se). Em geral, os dois (precursores de Fe e Se) ocorrem naturalmente no corpo humano e exibem baixa toxicidade na forma de nanopartículas. A equipe de pesquisa testou in vitro a especificidade de segmentação de células tumorais com HER2 monoclonal humanizado (receptor do fator de crescimento epidérmico humano 2) - pontos quânticos de seleneto de ferro conjugado (FeSe) (anti-HER2-QDs). Para os experimentos in vitro, eles usaram um modelo de xenoenxerto MCF-7 superexpresso de HER2 (Michigan Cancer Foundation) (enxertos de uma espécie de doador diferente) de linha celular de câncer de mama. Eles então conduziram imagens de MPM (microscopia multifotônica) in vivo em um modelo de xenoenxerto vivo de tumor de mama humano.

p Para desenvolver os QDs de FeSe solúveis em água, os cientistas usaram uma estratégia sintética de um único vaso. Eles formaram QDs com tamanho aproximado de 3,4 ± 0,3 nm e os observaram usando microscopia eletrônica de transmissão de campo claro (TEM). Usando TEM de alta resolução e padrões de difração de elétrons de QDs, eles observaram o plano da FeSe tetragonal. Os cientistas usaram a análise estrutural com um espectrômetro de difração de raios-X de incidência rasante (GIXRD) e espectroscopia de fotoelétrons de raios-X para provar meticulosamente a morfologia de FeSe QDs. Os testes de potencial Zeta mostraram que FeSe QDs se dissolveu em água desionizada e em solução salina 0,01 M, bem como tampão fosfato (PBS) 0,1 M. Quando Kwon et al. monitorou-os usando uma câmera digital e microscopia fluorescente após cinco dias, os QDs não agregaram ou diferiram na fluorescência. O bandgap de FeSe QDs aproximou-se de 2,44 eV do espectro ultravioleta ao visível (UV-Vis).

p Kwon et al. explorou as propriedades de fotoluminescência (PL) de FeSe QDs a 25 graus C para observar uma vida útil de 3,23 nanossegundos (ns). Eles notaram um PL excitado de dois fótons (2PL) e três fótons (3PL), seguido por imagens microscópicas de fluorescência representativas de células MCF27 coradas com FeSe QDs de 2PL e 3PL. Esta propriedade de excitação multifotônica é notável para bioimagem com um comprimento de onda maior que pode penetrar em uma profundidade máxima de tecido com fototoxicidade reduzida, observado dentro da "janela dourada" durante a imagem do tecido cerebral.

p A equipe de pesquisa primeiro testou a influência do QD na viabilidade celular antes de aplicar FeSe QDs em experimentos de bioimagem. Eles usaram diferentes linhagens celulares cultivadas com diversas concentrações de FeSe QDs em várias durações de cultura e observaram excelente viabilidade por sete dias, com> 75 por cento de viabilidade celular. Usando imagens microscópicas de fluorescência das culturas de células, Kwon et al. registrou a biocompatibilidade superior de FeSe QDs, onde os pontos quânticos não interferiram com o crescimento celular. Para minimizar ainda mais a ligação não específica durante a montagem, os cientistas encapsularam FeSe QDs com poli (etilenoglicol) (PEG) antes da conjugação com anticorpos HER2 para desenvolver anti-HER2-PEG-QDs.

p A equipe testou a captação inespecífica e seletividade dos conjugados durante o direcionamento de células de câncer de mama humano por meio de coloração com iodeto de propídio. Os anti-HER2-PEG-QDs têm como alvo específico os receptores HER2, indicando o potencial de usar QDs PEGuilados como agentes de imagem in vivo. As moléculas fisiologicamente estáveis ​​mantiveram suas propriedades ópticas por sete dias no soro e em uma variedade de soluções tampão. Os FeSe QDs eram altamente fotoestáveis ​​durante a excitação de dois fótons com propriedades adicionais adequadas para imagens biológicas e rastreamento de longo prazo de células-alvo.

p O estudo ofereceu uma nova perspectiva para o diagnóstico do câncer de mama. O câncer de mama é a segunda maior causa de morte por câncer em mulheres, com taxas de recorrência significativas, onde a cirurgia minimamente invasiva auxiliada com técnicas de detecção e imagem são cruciais para identificar a doença. A equipe de pesquisa estabeleceu um método de imagem in vivo MPM (microscopia multifotônica) com injeção intravenosa de anti-HER2-PEG-QDs em um modelo animal de xenoenxerto MCF. Eles então estabeleceram um modelo de camundongo de xenoenxerto subcutâneo de câncer de mama, injetando células MCF7 e células MCF / HER2 no flanco dos camundongos. Depois de quatro semanas, quando o volume do tumor atingiu 200 mm ³ , os cientistas injetaram 100 µL de anti-HER2-PEG-QDs e observaram o FeSe QDs como um sinal magenta. Eles então obtiveram sinais 2PL em diferentes profundidades em toda a área do tumor em intervalos regulares. O sinal de geração de segundo harmônico (SHG) apareceu em azul para representar o colágeno na área superficial e os cientistas distinguiram o sinal PL de QDs perto das células de câncer de mama.

p Desta maneira, J. Kwon e colegas sintetizaram FeSe QDs biocompatíveis com forte viabilidade celular em concentrações aumentadas de QD. A equipe usou QDs durante imagens de fluorescência de dois e três fótons e imagens de multifóton a uma profundidade de até 500 µm para monitorar células tumorais com um laser de femtossegundo não linear em animais vivos in vivo. A combinação de FeSe QDs biocompatíveis e imagem multifotônica pode abrir um novo método para realizar bioimagem não invasiva in situ em sujeitos vivos. p © 2019 Science X Network