Molecular Imaging of Specific Biomarkers in Breast Cancer Cells Using Metal Nanorods

Abstract

1. 형광 공명 에너지 전이 기술을 이용한 PDMS미세유로 칩 내에서의 Estrogen Receptor 의 검출 기술 개발 미세유로 칩과 형광 공명 에너지 전이 기술 (fluorescence resonance energy transfer)을 기반으로 한 샌드위치형 형광 면역측정법을 이용하여 미세유로 칩 내에서 특정 바이오마커를 빠르고 간단하게 검출할 수 있는 기술을 개발하였다. Estrogen receptor-β (ERβ) 항원은 QDs(Quantum dot), AF(alexa fluoro)와 결합된 항체와 결합하여 샌드위치 형태의 immunocomplex를 형성하며, 이때 QDs과 AF사이의 거리가 80~90A˚이하가 되면, 형광 에너지 전이가 발생하게 된다. 이러한 형광에너지 변화를 검출하기 위해 QD565로 표식된 단일 클론항체와 AF568로 표식된 다클론 항체를 이용하였다. 이들을 악어이빨 형태의 채널 패턴을 가지는 PDMS칩에서 ERβ 항체와 축합시켜 immunocomplex를 만든 후 이떄 발생되는 형광에너지 변화를 검출하여 항체의 양을 정량적으로 검출하였다. 본 연구에서 개발한 미세유체칩 기반 면역항체 분석기술은 기존에 사용되는 ELISA 분석 방법보다 빠르고 정확한 방법이라는 사실을 확인할 수 있었다. 2. 금속 나노로드를 이용한 유방암세포에 존재하는 특정 바이오 마커의 분자영상 이미징. 현재 세포이미징 연구 분야에서는 QDs이나 유기염료를 이용한 방법을 사용하고 있다. 이것은 형광 이미지를 통해 암세포의 여부와 특정 marker의 분포를 알 수 있다는 장점을 가지고 있지만 독성을 가지고 있어 임상실험에 적용하기가 힘들다. 따라서 인체에 독성을 가지지 않는 금을 이용한 파티클을 많이 이용하는데, 구 형태의 파티클들은 낮은 광산란 효과에 의해 라만 및 암시야 이미지의 응용에 어려움이 있다. 이와 같은 문제를 극복하기 위해 이방성 로드 형태의 나노 파티클을 합성하였고, 이는 같은 표면적을 갖는 구 형태의 파티클 보다 광산란 효과가 104~105 크게 나타나 구 형태의 파티클이 나타내는 문제점을 극복할 수 있다. 또한 aspect ratio (가로 세포의 비)를 조절함으로써 다양한 surface plasmon의 변화를 관측 할 수 있다. 이는 multiplex의 응용 가능성 또한 제시해준다. 본 연구에서는 이러한 로드의 특정을 확인하고자 암세포와 정상세포를 판별하는 실험을 진행하였다. 먼저 라만 염료가 표식된 금속 나노 로드 프로브를 제조하고 그 후 IgG를 conjugation시켜 암세포에 발현되어 있는 marker와 선택적으로 반응할 수 있게 하였다. 암시야 컨덴서와 형광현미경, 공초점 라만 현미경을 이용하여 암세포와 정상세포의 구분과 marker 발현 정도를 확인 하였고, 본 연구를 통해 금 나노로드 파티클과 표면 증강 라만 분석법을 이용한 고감도 세포 분석기술의 응용 가능성을 제시하였다.; 1.Open Sandwich FRET Immunoassay of Estrogen Receptor in a PDMS Microfluidic Channel We developed a simple, one-step, fast open sandwich fluoroimmunoasssay based on fluorescence resonance energy transfer (FRET) and microfluidic chip. In this on-chip assay, estrogen receptor-β (ERβ) antigen was reacted with anti-ERβ monoclonal antibody and anti-ERβ polyclonal antibody on a saw microfluidic chip. The dye separation distance was estimated between 80 and 90A˚. To monitoring of the sandwich immunoassay according to presence of ERβ antigen, the anti-ERβ monoclonal antibody was labeled with the donor QD 565 and the anti-ERβ polyclonalantibody was labeled with the acceptor AF 568. This fluidic chip based FRET immunoassay is fast and simple to perform. In addition, it does not need multiple steps of bound/free reagent separation and requires only few minutes and a small volume of sample. 2.Molecular Imaging of Specific Biomarkers in Breast Cancer Cells Using Metal Nanorods Anisotropic metallic nanoparticles such as the rod shaped particles, i.e. spheroidal nanorods (NRs) can be synthesized with different aspect ratios (the length to width ratio). In rod-shaped gold nanorods (GNRs), a strong surface-enhanced Raman scattering (SERS) has been observed, which is sensitive to the shape and size of the rods. The unique characteristics of GNRs indicate that can be used as excellent SERS tags. In this work, antibody-conjugated GNRs with aspect ratio of 1.6, which shows the surface plasmon absorption (SPA) maxima at 600 nm, have been used for the SERS imaging of HER2 cancer markers overexpressed in single MCF7 cells. SERS mapping images show that GNRs have excellent Raman scattering properties. The results demonstrate the potential feasibility of GNRs as highly sensitive probes for biological imaging of cancer markers in live cells.