transmedТрансляционная медицинаTranslational Medicine2311-44952410-5155Almazov National Medical Research Centre, Saint Petersburg, Russia10.18705/2311-4495-2017-4-4-56-65transmed-297Research ArticleЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯExperimental studiesИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОЛЛОИДНЫХ КВАНТОВЫХ ТОЧЕК НА ОСНОВЕ AgInS2 /ZnS ДЛЯ ФЛУОРЕСЦЕНТНОГО ИМИДЖИНГА В СРАВНЕНИИ С ФЛУОРОФОРАМИ, ЗАКРЕПЛЕННЫМИ НА ПОВЕРХНОСТИ НАНОЧАСТИЦSTUDY OF THE POSSIBILITY OF USING OF COLLOIDAL QUANTUM DOTS BASED ON AgInS2/ZnS FOR FLUORESCENCE IMAGING IN COMPARISON WITH FLUOROPHORES FIXED ON THE SURFACE OF THE NANOPARTICLESИстоминаМ. С.IstominaM. S.

магистрант, Санкт-Петербург;

м.н.с., л. Пархоменко, д. 15 лит. Б, Санкт- Петербург, 194156

master student;

junior research assistant, Parkhomenko str. 15-B, Saint Petersburg, 194156

istominams1993@mail.ruКоролевД. В.KorolevD. V.

к.т.н., зав. НИЛ нанотехнологий;

м.н.с.,

Санкт-Петербург

PhD, head of the Research Laboratory of Nanotechnologies;

junior researcher,

Saint Petersburg 

office@cardioprotect.spb.ruПочкаеваЕ. И.PochkaevaE. I.

м.н.с. НИЛ математического моделирования, НИЛ метаболизма миокарда,

Санкт-Петербург

unior researcher, Mathematical Modeling Laboratory, Laboratory of Metabolism Metabolism,

Saint Petersburg 

pochapocha20@mail.ruМазингД. СMazingD. S.

инженер каф. Микро- и наноэлектроники,

Санкт-Петербург

engineer of the department microand nanoelectronics,

Saint Petersburg 

dmazing@yandex.ruМошниковВ. А.MoshnikovV. A.

д.ф-м.н., профессор, зам. зав. кафедрой по научной работе,

Санкт-Петебург

Dr. Sci., prof., Deputy Head. Department for Scientific Work,

Saint Petersburg 

vamoshnikov@mail.ruГареевК. Г.GareevK. G.

к.т.н., ассистент каф. Микро- и наноэлектроники,

Санкт-Петербург

Phd, assistant of the department microand nanoelectronics,

Saint Petersburg 

kggareev@yandex.ruБабиковаК. Ю.BabikovaK. Yu.

магистрант,

Санкт-Петербург

master student,

Saint Petersburg 

istominams1993@mail.ruПостновВ. Н.PostnovV. N.

к.х.н., доцент института химии;

с.н.с.,

Санкт-Петербург

PhD, docent of the Institute of Chemistry of St. Petersburg State University;

senior researcher of Almazov National Medical Research Centre,

Saint Petersburg 

istominams1993@mail.ruСанкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина); Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр им. В. А. Алмазова» Минздрава РоссииРоссияSaint Petersburg Electrotechnical University “LETI”; Almazov National Medical Research CentreRussian FederationФедеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр им. В. А. Алмазова» Минздрава России; Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И. П. Павлова» Минздрава РоссииRussian FederationAlmazov National Medical Research Centre; Academician I. P. Pavlov First Saint Petersburg State Medical UniversityRussian FederationФедеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр им. В. А. Алмазова» Минздрава РоссииRussian FederationAlmazov National Medical Research CentreRussian FederationСанкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)Russian FederationSaint Petersburg Electrotechnical University “LETI”Russian FederationФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И. П. Павлова» Минздрава России; Санкт-Петербургский Государственный УниверситетRussian FederationAcademician I. P. Pavlov First Saint Petersburg State Medical University; Saint Petersburg UniversityRussian Federation201728092017445665Copyright © Истомина М.С., Королев Д.В., Почкаева Е.И., Мазинг Д.С., Мошников В.А., Гареев К.Г., Бабикова К.Ю., Постнов В.Н., 20172017Истомина М.С., Королев Д.В., Почкаева Е.И., Мазинг Д.С., Мошников В.А., Гареев К.Г., Бабикова К.Ю., Постнов В.Н.Istomina M.S., Korolev D.V., Pochkaeva E.I., Mazing D.S., Moshnikov V.A., Gareev K.G., Babikova K.Y., Postnov V.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://transmed.almazovcentre.ru/jour/article/view/297

В работе исследована флуоресценция двух флуоресцентных красителей — флуоресцеина и индоцианина зеленого, связанных с кремнеземными и магнетитными наночастицами в сравнении с коллоидными квантовыми точками нанокристаллов AgInS2/ZnS в условиях in vitro на флуоресцентном визуализаторе IVIS Lumina LT Series III. Проведенные исследования показали, что квантовые точки обладают достаточной в сравнении с флуоресцентными красителями световой отдачей для данного вида диагностики. Обнаружен эффект гашения флуоресценции в смеси с кровью, что не позволяет использовать коллоидные квантовые точки для диагностики in vivo без оболочки. Исследование гемодинамики при внутривенном введении коллоидных квантовых точек лабораторным животным показало отсутствие изменений частоты сердечных сокращений. Отмечено снижение среднего артериального давления с последующим восстановлением до нормы, что требует более детального изучения.

The paper investigated the fluorescence of two fluorescent dyes — fluorescein and indocyanine green bonded with magnetite and silica nanoparticles in comparison with colloidal quantum dots of nanocrystals of AgInS2 / ZnS in vitro on a fluorescent imager IVIS Lumina LT Series III. Studies showed that quantum dots have sufficient luminous efficiency, in comparison with fluorescent dyes, for this type of diagnosis. The effect of quenching of fluorescence in the mixture with blood was observed, which makes impossible the usage of colloidal quantum dots QD for in vivo diagnosis without the shell. The study of hemodynamics with intravenous injection of colloidal quantum dots in laboratory animals showed no changes in the heart rate. A decrease in mean arterial pressure with subsequent recovery to normal was discovered, which requires more detailed study.

Коллоидные квантовые точкифлуоресцентный имиджингмодификация наночастиц флуорофорамиColloidal quantum dotsfluorescence imagingmodification of nanoparticles by fluorophoresReferencesKobayashi H, Ogawa M, Alford R, et al. New Strategies for Fluorescent Probe Design in Medical Diagnostic Imaging. Chem Rev. 2010; 110(5): 2620–2640.Kobayashi H, Ogawa M, Alford R, et al. New Strategies for Fluorescent Probe Design in Medical Diagnostic Imaging. Chem Rev. 2010; 110(5): 2620–2640.Vasiliev RB, Dirin DN. Quantum points: synthesis, properties, application. Moscow: MGU, 2007. 50. In Russian [Васильев Р. Б, Дирин Д. Н. Квантовые точки: синтез, свойства, применение. М.: МГУ, 2007. 50.]Vasiliev RB, Dirin DN. Quantum points: synthesis, properties, application. Moscow: MGU, 2007. 50. In Russian [Васильев Р. Б, Дирин Д. Н. Квантовые точки: синтез, свойства, применение. М.: МГУ, 2007. 50.]Brongersma ML, Halas NJ, Nordlander Plasmoninduced hot carrier science and technology. Nature nanotechnology. 2015; 10(1): 25-34.Brongersma ML, Halas NJ, Nordlander Plasmoninduced hot carrier science and technology. Nature nanotechnology. 2015; 10(1): 25-34.Gao W, Thamphiwatana S, Angsantikul P, Zhang, L. Nanoparticle approaches against bacterial infections. WIREs Nanomed Nanobiotechnol. 2014; 6: 532–547.Gao W, Thamphiwatana S, Angsantikul P, Zhang, L. Nanoparticle approaches against bacterial infections. WIREs Nanomed Nanobiotechnol. 2014; 6: 532–547.Lemire JA, Harrison JJ, Turner RJ. Antimicrobial activity of metals: mechanisms, molecular targets and applications. Nature Reviews Microbiology. 2013; 11(6): 371-384.Lemire JA, Harrison JJ, Turner RJ. Antimicrobial activity of metals: mechanisms, molecular targets and applications. Nature Reviews Microbiology. 2013; 11(6): 371-384.Yezhelyev MV, Gao X, Xing Y, et al. Emerging use of nanoparticles in diagnosis and treatment of breast cancer. Lancet Oncol. 2006;7(8):657-67.Yezhelyev MV, Gao X, Xing Y, et al. Emerging use of nanoparticles in diagnosis and treatment of breast cancer. Lancet Oncol. 2006;7(8):657-67.Moshnikov VA, Aleksandrova O.A., Drobintseva (Durnova) A.O. From laser optical microscopy to highresolution fluorescence microscopy. Colloidal quantum dots-biomarkers in exploratory scientific research. Biotekhnospera. 2014; 6(36): 16-30. In Russian [Мошников В.А., Александрова О.А., Дробинцева А.О. От лазерной оптической микроскопии до флуоресцентной микроскопии высокого разрешения. Коллоидные квантовые точки-биомаркеры в поисковых научных исследованиях. Биотехносфера. 2014; 6(36): 16-30]Moshnikov VA, Aleksandrova O.A., Drobintseva (Durnova) A.O. From laser optical microscopy to highresolution fluorescence microscopy. Colloidal quantum dots-biomarkers in exploratory scientific research. Biotekhnospera. 2014; 6(36): 16-30. In Russian [Мошников В.А., Александрова О.А., Дробинцева А.О. От лазерной оптической микроскопии до флуоресцентной микроскопии высокого разрешения. Коллоидные квантовые точки-биомаркеры в поисковых научных исследованиях. Биотехносфера. 2014; 6(36): 16-30]Shi J, Chan C, Pang Y, Ye W, Tian F, Lyu J, Zhang Y, Yang M. A fluorescence resonance energy transfer (FRET) biosensor based on graphene quantum dots (GQDs) and gold nanoparticles (AuNPs) for the detection of mecA gene sequence of Staphylococcus aureus. Biosens Bioelectron. 2015;67:595-600.Shi J, Chan C, Pang Y, Ye W, Tian F, Lyu J, Zhang Y, Yang M. A fluorescence resonance energy transfer (FRET) biosensor based on graphene quantum dots (GQDs) and gold nanoparticles (AuNPs) for the detection of mecA gene sequence of Staphylococcus aureus. Biosens Bioelectron. 2015;67:595-600.Efros AL, Nesbitt DJ. Origin and control of blinking in quantum dots. Nat Nanotechnol. 2016;11(8):661-671.Efros AL, Nesbitt DJ. Origin and control of blinking in quantum dots. Nat Nanotechnol. 2016;11(8):661-671.Moshnikov VA, Alexandrova OA. Nanoparticles, nanosystems and their application. Part 1. Colloidal quantum dots. Ufa: Aetherna, 2015. p. 236. In Russian [Мошников В.А., Александрова О.А. Наночастицы, наносистемы и их применение. Ч.1. Коллоидные квантовые точки. Уфа: Аэтерна, 2015. c. 236].Moshnikov VA, Alexandrova OA. Nanoparticles, nanosystems and their application. Part 1. Colloidal quantum dots. Ufa: Aetherna, 2015. p. 236. In Russian [Мошников В.А., Александрова О.А. Наночастицы, наносистемы и их применение. Ч.1. Коллоидные квантовые точки. Уфа: Аэтерна, 2015. c. 236].Larson DR, Zipfel WR, Williams RM, et al. Watersoluble quantum dots for multiphoton fluorescence imaging in vivo. Science. 2003; 300(5624):1434-1436.Larson DR, Zipfel WR, Williams RM, et al. Watersoluble quantum dots for multiphoton fluorescence imaging in vivo. Science. 2003; 300(5624):1434-1436.Ballou B, Lagerholm BC, Ernst LA, et al. Noninvasive imaging of quantum dots in mice. Bioconjug Chem. 2004; 15(1):79-86.Ballou B, Lagerholm BC, Ernst LA, et al. Noninvasive imaging of quantum dots in mice. Bioconjug Chem. 2004; 15(1):79-86.Mashford BS, Stevenson M, Popovic Z, et al. Highefficiency quantum-dot light-emitting devices with enhanced charge injection. Nature photonics. 2013; 7(5): 407-412.Mashford BS, Stevenson M, Popovic Z, et al. Highefficiency quantum-dot light-emitting devices with enhanced charge injection. Nature photonics. 2013; 7(5): 407-412.Toropova YG, Golovkin AS, Malashicheva AB, et al. In vitro toxicity of Fe(m)O(n), Fe(m)O(n)-SiO(2) composite, and SiO(2)-Fe(m)O(n) core-shell magnetic nanoparticles. Int J Nanomedicine. 2017;12:593-603.Toropova YG, Golovkin AS, Malashicheva AB, et al. In vitro toxicity of Fe(m)O(n), Fe(m)O(n)-SiO(2) composite, and SiO(2)-Fe(m)O(n) core-shell magnetic nanoparticles. Int J Nanomedicine. 2017;12:593-603.Korolev DV, Babikova KYu, Postnov VN. Gasphase synthesis of aminated silica nanoparticles for medical applications. Biotekhnospera. 2016; 5(47): 42-47. In Russian [Королев Д.В., Бабикова К.Ю., Постнов В.Н. Газофазное аминирование наночастиц аэросила для медицинского применения. Биотехносфера. 2016; 5(47): 42-47.]Korolev DV, Babikova KYu, Postnov VN. Gasphase synthesis of aminated silica nanoparticles for medical applications. Biotekhnospera. 2016; 5(47): 42-47. In Russian [Королев Д.В., Бабикова К.Ю., Постнов В.Н. Газофазное аминирование наночастиц аэросила для медицинского применения. Биотехносфера. 2016; 5(47): 42-47.]Mao B, Chuang C-H, Wang J, Clemens B. Synthesis and photophysical properties of ternary I–III–VI AgInS2 nanocrystals: intrinsic versus surface states. J. Phys. Chem. 2011; 115 (18): 8945–8954.Mao B, Chuang C-H, Wang J, Clemens B. Synthesis and photophysical properties of ternary I–III–VI AgInS2 nanocrystals: intrinsic versus surface states. J. Phys. Chem. 2011; 115 (18): 8945–8954.Zhong H, Bai Z, Zou B. Tuning the Luminescence Properties of Colloidal I-III-VI Semiconductor Nanocrystals for Optoelectronics and Biotechnology Applications. J Phys Chem Lett. 2012;3(21):3167-75.Zhong H, Bai Z, Zou B. Tuning the Luminescence Properties of Colloidal I-III-VI Semiconductor Nanocrystals for Optoelectronics and Biotechnology Applications. J Phys Chem Lett. 2012;3(21):3167-75.Leach AD, Macdonald JE. Optoelectronic Properties of CuInS2 Nanocrystals and Their Origin. J Phys Chem Lett. 2016;7(3):572-583.Leach AD, Macdonald JE. Optoelectronic Properties of CuInS2 Nanocrystals and Their Origin. J Phys Chem Lett. 2016;7(3):572-583.Zang H, Li H, Makarov NS, Velizhanin KA, Wu K, Park YS, Klimov VI. Thick-Shell CuInS(2)/ZnS Quantum Dots with Suppressed “Blinking” and Narrow Single-Particle Emission Line Widths. Nano Lett. 2017;17(3):1787-1795.Zang H, Li H, Makarov NS, Velizhanin KA, Wu K, Park YS, Klimov VI. Thick-Shell CuInS(2)/ZnS Quantum Dots with Suppressed “Blinking” and Narrow Single-Particle Emission Line Widths. Nano Lett. 2017;17(3):1787-1795.Raevskaya A, Lesnyak V, Haubold D, et al. A Fine Size Selection of Brightly Luminescent Water-Soluble Ag–In–S and Ag–In–S/ZnS Quantum Dots. J. Phys. Chem. 2017; 121(16): 9032-9042.Raevskaya A, Lesnyak V, Haubold D, et al. A Fine Size Selection of Brightly Luminescent Water-Soluble Ag–In–S and Ag–In–S/ZnS Quantum Dots. J. Phys. Chem. 2017; 121(16): 9032-9042.Korolev DV, Aleksandrov IV, Galagudza MM, et al. Automation of data acquisition and processing in physiological experiments. Regional Haemodynamics and Microcirculation. 2008; 7(2): 79-84. In Russian [Королев Д.В, Александров И.В, Галагудза М.М. и др. Автоматизация получения и обработки данных физиологического эксперимента. Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2008; 7(2): 79-84].Korolev DV, Aleksandrov IV, Galagudza MM, et al. Automation of data acquisition and processing in physiological experiments. Regional Haemodynamics and Microcirculation. 2008; 7(2): 79-84. In Russian [Королев Д.В, Александров И.В, Галагудза М.М. и др. Автоматизация получения и обработки данных физиологического эксперимента. Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2008; 7(2): 79-84].Butner RW, McPherson AR. Adverse reactions in intravenous fluorescein angiography. Ann Ophthalmol. 1983; 15(11):1084-1086.Butner RW, McPherson AR. Adverse reactions in intravenous fluorescein angiography. Ann Ophthalmol. 1983; 15(11):1084-1086.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.