纳米药物载体的生物分布:SEM的应用

很难高估纳米粒子 （NPs） 在医疗应用中的重要性。它们被用作毒品、药物携带者、反差剂等。然而，为了使用某种类型的纳米粒子，有必要知道应用后如何和在哪里分配它，以及离开器官和随后的身体需要多长时间。这称为生物分布。

纳米粒子药物输送过程的复杂性可能有很大差异，从不针对组织但而是释放到全身的被动药物，到更主动地操纵药物靶向非常精确的器官或位置。大多数药物和疗法将使用被动靶向，由于大量血流和大量血管泄漏的肿瘤的渗透性和保留性（EPR 效应）增强，它仍然显示出巨大的成功。除被动定向外，通过附着肿瘤位点特异性配体，可以在纳米粒子的处理中进行主动靶向，也可以在注射后通过向磁性纳米粒子添加磁力的方式进行。这种磁场将纳米粒子从血流中拉出，流向受感染区域，从而降低了药物在血液中的花费时间，并增加对受影响区域的剂量。这些不同的传递方法将极大地影响纳米粒子在治疗后的分布，本实验旨在研究其初始分布及其随时间的分布。

目前的纳米粒子分布测量方法通常涉及将荧光粒子附着在纳米粒子上。根据纳米粒子的浓度、目标区域的大小和荧光强度，半透明小鼠可以使用光学成像技术进行分析，同时仍然活着，以确定粒子是否位于正确的区域。死后荧光也可用于测定小鼠不同器官的纳米颗粒水平。然而，这些方法缺乏纳米粒子的分辨率和确认荧光没有脱离纳米粒子。

目前的演示利用支持零散电子显微镜 （BEM） 和能量分散光谱 （EDS） 分析，以了解磁电纳米粒子 （MEN） 的生物分布，具体取决于其大小和在身体。样品中的MEN是钛和钛磁电纳米粒子，通过注射引入小鼠器官，然后被动地瞄准器官。小鼠在注射后1周、4周和8周被失去知觉，其器官被切除并保存。器官:肝脏、脾脏、肺、肾和大脑，然后使用微管机进行切片，并使用教育视频"生物样本的SEM成像"中描述的样品制备方法制备。 作为扫描电子显微镜 （SEM） 的一种模式，BEM 与 EDS 分析一起提供高分辨率成分分析，能够检测直径小至 10 nm 的单个纳米粒子。同时，该演示可以说明如何使用不同的探测器来检测、确认和绘制研究环境中的不同元素和粒子，以及不同的参数如何影响生成的图像。

下图说明了如何从图像中提取生物分布数据。纳米粒子的对比度是使用BSE探测器检测的，如图1所示。图2所示的EDS数据显示了使用BSE探测器采集的图像中钛和钛簇与高对比度区域相对应的位置。

图 1:同一区域肺的次电子图像（左）和反向散射电子图像（右）。

图 2:EDS 数据显示图像底部中间和顶部的钛和钛簇，对应于使用 BSE 探测器看到的高对比度区域。

在合成图像中，如图 3 所示，红色圆圈表示高对比度区域，并指示包含纳米粒子的位置。然后，可以计算白纳米粒子区域的体积，并计算器官本身的大小并求平均值。这提供了纳米粒子所占用面积的计算。然后，可以聚合来自多个器官的数据，以显示图像平方微米的平均粒子分布。这些数据如图 4 所示，图 4 显示了在 8 周内 30 nm 大小的纳米粒子的总体减少，表明间隙。另一需要注意的是4周后肝脏中纳米粒子浓度的增加。这提供了有关人体如何处理纳米粒子的信息，并且粒子大量迁移到肝脏表明，身体可能正在将纳米粒子作为毒素处理。这是开发和测试体内纳米粒子时需要了解的重要信息。

同样，关于不同尺寸颗粒的器官分布的数据如图5所示。此图演示了纳米粒子大小的变化如何增加纳米粒子细胞的整体摄取量或提高间隙速率。

图 3:使用 Atlas 软件创建的复合图像的各个部分。

图 4:在小鼠注射后，在肺、肝、脾、肾中生物分布30纳米纳米颗粒。

图 5:随时间变化而具有不同大小的纳米粒子的生物分布。

纳米粒子广泛应用于生物医学工程研究，并具有成像、诊断和治疗剂等应用。例如，正在开发用于疫苗输送的纳米粒子。通过将疫苗封装在纳米颗粒中，疫苗成分可以防止降解，并刺激最大的免疫反应。

在磁共振成像应用中，金属纳米粒子常被用作造影剂，以可视化组织结构和功能。它们是检测动脉粥样硬化斑块的有用诊断探针。

结合诊断和治疗能力的纳米粒子被称为神经学。有纳米粒子同时检测早期肿瘤和提供化疗剂。

该实验演示了如何使用SEM来计算随着时间的推移注入人体的纳米粒子的生物分布。该实验可以复制在其他纳米粒子样品或细胞培养体上，这些样品或细胞培养物具有纳米粒子，用于分析纳米粒子的浓度、细胞渗透或间隙。

该演示侧重于使用 SEM 研究和测量纳米粒子的生物分布。这种测量的结果在许多领域都很重要。制药公司和研究设施可以利用这些研究进行药物开发和造影剂研究。

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