Methodenartikel

Biofunktionalisierten Prussian Blue Nanopartikel für Molekulare Bildgebung Multimodale Anwendungen

DOI:

10.3791/52621

⸱

28. April 2015

 ,  ,  ,  , 
1The Sheikh Zayed Institute for Pediatric Surgical Innovation, Children's National Medical Center, 2Fischell Department of Bioengineering, University of Maryland, 3Department of Radiology, George Washington University, 4Department of Pediatrics, George Washington University

In diesem Artikel

Zusammenfassung

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Dieses Protokoll beschreibt die Synthese von biofunktionalisierten preußischblauen Nanopartikeln und ihre Verwendung als multimodale, molekulare Bildgebungsmittel. Die Nanopartikel haben ein Kern-Schale-Design, bei dem Gadolinium- oder Mangan-Ionen im Nanopartikelkern einen MRT-Kontrast erzeugen. Die biofunktionale Hülle enthält Fluorophore für die Fluoreszenzbildgebung und Targeting-Liganden für das molekulare Targeting.

Zusammenfassung

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Multimodale, ermöglicht die molekulare Bildgebung die Visualisierung biologischer Prozesse auf zellulärer, subzellulärer und molekularer Ebene mit mehreren Auflösungen, ergänzende bildgebende Verfahren. Diese bildgebenden Mittel erleichtern die Echtzeit-Beurteilung von Wegen und Mechanismen in vivo, die sowohl diagnostische als auch therapeutische Wirksamkeit zu erhöhen. Dieser Artikel stellt das Protokoll für die Synthese von biofunktionalisierte Berliner Blau-Nanopartikel (NPs PB) - eine neue Klasse von Mitteln zur Verwendung in multimodale, molekulare Bildgebung Anwendungen. Die bildgebenden Verfahren in der Nanopartikel, Fluoreszenzbildgebung und Magnetresonanztomographie (MRI) eingebaut ist, komplementäre Funktionen. Die PB-Nanopartikel besitzen eine Kern-Schale-Design, bei dem Gadolinium und Manganionen in den Zwischenräumen des PB Gitter eingebaut erzeugen MRI Kontrast sowohl in T 1 und T 2 -gewichteten Sequenzen. Die PB-Nanopartikel mit fluoreszierenden Avidin beschichtete mit elektrostatische Selbst alsMontage, die Fluoreszenz-Bildgebung ermöglicht. Die Avidin-beschichteten Nanopartikel mit biotinyliertem Liganden, die molekulare Targeting-Fähigkeiten an die Nanopartikel zu verleihen modifiziert. Die Stabilität und Toxizität der Nanopartikel werden gemessen, sowie deren MRI Relaxivitäten. Die multimodale, molekulare Bildgebung Fähigkeiten dieser biofunktionalisierte PB-Nanopartikel werden dann durch sie für Fluoreszenz-Bildgebung und molekularer MRT in vitro nachgewiesen.

Einleitung

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Molekulare Bildgebung ist die nicht-invasive und gezielte Visualisierung biologischer Prozesse auf zellulärer, subzellulären und molekularer Ebene 1. Die molekulare Bildgebung ermöglicht eine Probe in seiner nativen Mikroumgebung zu bleiben, während seine endogene Wege und Mechanismen werden in Echtzeit ausgewertet. Typischerweise beinhaltet die molekulare Bildgebung die Verabreichung eines exogenen Kontrastmittel in der Form eines kleinen Moleküls, Makromolekül, oder Nanopartikel zu visualisieren, Ziel und Spuren relevanten physiologischen Prozesse untersucht 2. Die verschiedenen Bildgebungsmodalitäten, die in der molekularen Bildgebung untersu....

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Protokoll

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1. Synthese von PB-Nanopartikel, GdPB und MnPB

Synthese der Nanopartikel (PB-Nanopartikel, GdPB oder MnPB) unter Verwendung einer Eintopfsynthese Schema indem Sie die Schritte unten detailliert erreicht:

  1. Bereiten Lösung "A", das 5 ml 5 mM Kaliumhexacyanoferrat (II) in deionisiertem (DI) Wasser. Je nach Art des Nanopartikels, das synthetisiert wird - PB-Nanopartikel, GdPB oder MnPB, bereiten Lösung "B" wie folgt:
    1. Für PB-Nanopartikel: Vorbereitung 10 ml einer Lösung, die 2,5 mM Eisen (III) -chlorid in DI-Wasser.
    2. Für GdPB NPs: Herstellung von 10 ml einer Lösung, die 2,5 mM jedes der Gadolinium....

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Ergebnisse

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Mit der Eintopfsynthese Schema, Nanopartikel aus PB-Nanopartikel (mittlerer Durchmesser 78,8 nm, Polydispersitätsindex (PDI) = 0,230; durch die dynamische Lichtstreuung Instrument berechnet), GdPB (mittlerer Durchmesser 164,2 nm, PDI = 0,102) oder MnPB ( mittlerer Durchmesser 122,4 nm, PDI = 0,124), die monodisperse (wie von DLS gemessen sind) konsequent synthetisiert werden (Abbildung 2A). Die gemessenen Zetapotentiale der synthetisierten Nanopartikel sind kleiner als -30 mV (2B), was .......

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Diskussion

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Dieser Artikel wurde die Methoden für die Synthese einer neuen Klasse von multimodalen, molekulare Bildgebung Mittel auf Basis von biofunktionalisierte Berliner Blau Nanopartikel vorgestellt. Die molekularen Bildgebungsmodalitäten in die Nanopartikel aufgenommen sind Fluoreszenzabbildung und molekularen MRI aufgrund ihrer komplementären Funktionen. Die biofunktionalisierte Berliner Blau Nanopartikel eine Kern-Schale-Design. Die wichtigsten Schritte bei der Synthese dieser Nanopartikel sind: 1) Eintopfsynthese, die die K.......

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Offenlegungen

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Die Autoren haben nichts offenzulegen.

Danksagungen

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Diese Arbeit wurde vom Sheikh Zayed Institute for Pediatric Surgical Innovation (RAC Awards #30000174 und 30001489) unterstützt.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
Kaliumhexacyanoferrat (II)-trihydrat (K4Fe(CN)6· 3H2O)Sigma-AldrichP9387
Mangan(II)-chlorid-Tetrahydrat (MnCl2· 4H2O)Sigma-Aldrich221279
Gadolinium (III)-nitrathexahydrat (Gd(NO3)3· 6H2O)Sigma-Aldrich211591
Eisen(III)-chloridhexahydrat (FeCl3· 6H2O)Sigma-Aldrich236489
Natriumchlorid (NaCl)Sigma-AldrichS9888
Anti-NG2 Chondroitinsulfat Proteoglykan, Biotin-Konjugat AntikörperMilliporeAB5320
Biotinyliertes Anti-Human-Eotaxin-3Peprotech500-P156GBT
Neuro-2a ZelllinieATCCCCL-131
BSG D10 ZelllinieLaborlager---
OE21 ZelllinieSigma-Aldrich96062201
SUDIPG1 NeurosphärenLaborlager---
Eol-1 ZelllinieSigma-Aldrich94042252
Poly(L-Lysin)-HydrobromidSigma-AldrichP1399
FormaldehydSigma-AldrichF8775
RinderserumalbuminSigma-AldrichA2153
Aminoactinomycin DSigma-AldrichA9400
Triton X-100Sigma-AldrichX100
CellTrace Calcein Rot-Orange, AMLife TechnologiesC34851
Avidin-Alexa Fluor 488Life TechnologiesA21370
ZentrifugeEppendorf5424
SchlauchpumpeInstechP270
Zetasizer Nano ZSMalvernZEN3600
SonicatorQSonicaQ125
Heizplatte/MagnetrührerVWR97042-642
Ultra Clean AluminiumfolieVWR89107-732
Vortex MischerVWR58816-121
1,7 ml konische MikrozentrifugenröhrchenVWR87003-295
15 ml konische ZentrifugenröhrchenVWR21008-918
RöhrchenhalterVWR82024-342
Einwegküvetten aus KunststoffVWR7000-590 (/586)
Zetasizer KapillarzelleVWRDTS1070
Zentrifugalfilter, 0,2-Mikrometer-Spin-SäuleVWR82031-356
96-Well-ZellkulturtablettVWR29442-056
Trypsin EDTA 0,25 % ige Lösung 1xJR Scientific82702
PBS (1x)Life Technologies10010023
XTT Zellproliferations-Assay-KitTrevigen4891-025-K
T75 Flasche89092-700VWR
Dulbecco's Modified Eagle's MediumBiowhitaker12-604Q
Fötales RinderserumLife Technologies10437-010
Pen-Strep 1xLife Technologies15070063
Fluoview FV1200 Konfokales Laser-Scanning-MikroskopOlympusFV1200
Objektträger mit KammerThermo Scientific154534
Micro Cover Gläser, quadratisch, Nr. 1,5VWR48366-227
ObjektträgerVWR16004-368
RPMISigma-AldrichR8758 
AgaroseSigma-AldrichA9539 
FACSCalibur DurchflusszytometerBD Biosciences
3 T Klinischer MRT-MagnetGE Healthcare
100 ml Rundkolben

Referenzen

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  1. Massoud, T. F., Gambhir, S. S. Molecular imaging in living subjects: seeing fundamental biological processes in a new light. Genes Dev. 17, 545-580 (2003).
  2. Mankoff, D. A. A Definition of Molecular Imaging. J Nucl Med. 48 (6), 18N-21N (2007).
  3. James, M. L., ....

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Schlagwörter

Prussian Blue NanoparticlesMultimodal Molecular ImagingFluorescence ImagingMagnetic Resonance ImagingBiofunctionalized NanoparticlesGadolinium Manganese IonsFluorescent Avidin CoatingBiotinylated LigandsDynamic Light ScatteringFlow Cytometry Analysis

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