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Synthese, Charakterisierung und Anwendung von superparamagnetischen Eisenoxid-Nanosonden zur Erkennung von extrapulmonaler Tuberkulose

DOI:

10.3791/58227

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February 16th, 2020

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1Department of Pulmonary and Critical Care Medicine, Taipei Medical University-Shuang Ho Hospital, 2Department of Research and Department of Dentistry, Taipei Medical University / Shuang-Ho Hospital, 3Department of Pathology, Taipei Medical University, 4Department of Urology, School of Medicine, College of Medicine, Taipei Medical University, 5McLean Imaging Center, McLean Hospital/Harvard Medical School, 6Department of Physical Medicine and Rehabilitation, School of Medicine, College of Medicine, Taipei Medical University, 7Department of Medicine, Mackay Medical College, 8Department of Biological Science and Technology, National Chiao Tung University, 9Graduate Institute of Clinical Medicine, Taipei Medical University

In This Article

Summary

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Um serologische diagnostische Tests für Mycobacterium tuberculosis Antigene zu verbessern, haben wir superparamagnetische Eisenoxid-Nanosonden entwickelt, um extrapulmonale Tuberkulose zu erkennen.

Abstract

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Eine molekulare bildgebende Sonde mit superparamagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln (SPIO) und Mycobacterium tuberculosis-Oberflächenantikörper (MtbsAb) wurde synthetisiert, um die bildgebende Empfindlichkeit für extrapulmonale Tuberkulose (ETB) zu verbessern. Eine SPIO-Nanosonde wurde synthetisiert und mit MtbsAb konjugiert. Die gereinigte SPIO-MtbsAb Nanosonde wurde mit TEM und NMR charakterisiert. Um die Targeting-Fähigkeit der Sonde zu bestimmen, wurden SPIO-MtbsAb-Nanosonden mit Mtb für In-vitro-Bildgebungstests inkubiert und in Mtb-inokierte Mäuse zur In-vivo-Untersuchung mit Magnetresonanz (MR) injiziert. Die Kontrastverstärkungsreduktion bei der Magnetresonanztomographie (MRT) von Mtb- und THP1-Zellen zeigte proportional zur SPIO-MtbsAb-Nanosondenkonzentration. Nach 30 min intravenöser SPIO-MtbsAb-Nanosondeninjektion in Mtb-infizierte Mäuse wurde die Signalintensität der granulomatösen Stelle in den T2-gewichteten MR-Bildern um das 14-fache erhöht, verglichen mit der von Mäusen, die eine PBS-Injektion erhielten. Die MtbsAb-Nanosonden können als neuartige Modalität für die ETB-Erkennung verwendet werden.

Introduction

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Weltweit stellt die extrapulmonale Tuberkulose (ETB) einen erheblichen Anteil der Tuberkulose-Fälle (TB) dar. Dennoch wird die ETB-Diagnose aufgrund ihrer heimtückischen klinischen Darstellung und der schlechten Leistung bei diagnostischen Tests oft übersehen oder verzögert; Falsche Ergebnisse sind Sputumabstriche negativ für säureschnelle Bacilli, Mangel an granulomatösem Gewebe auf Histopathologie, oder Versagen der Kultur Mycobacterium tuberculosis (Mtb). Im Vergleich zu typischen Fällen tritt ETB seltener auf und beinhaltet wenig Befreiung der Mtb-Bazillen. Darüber hinaus ist es in der Regel an schwer zugänglichen Stellen lokalisiert, wie Lymphknoten, Ple....

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Protocol

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Alle Protokolle über Tierversuche entsprechen den Standardverfahren für die Labortierzucht gemäß den National Institutes of Health Guidelines for the Care and Use of Laboratory Animals (8. Auflage, 2011) und sind von der institutionellen Tierpflege- und Nutzungsausschuss.

1. SPIO Nanopartikelsynthese

  1. Bereiten Sie dextranbeschichtete Eisenoxid-Magnet-Nanopartikel vor, indem Sie eine Mischung aus Dextran T-40 (5 ml; 50% w/w) und wässrigen FeCl 3-6H2 O(0,45 g; 2,77 mmol) und FeCl2x 4H2 O(0,32 g; 2,52 mmol) Bei Raumtemperatur kräftig rühren.
  2. NH4OH (10 ml; 7,5% v/v) schne....

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Results

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SPIO-MtbsAb Nanosondensynthese und Charakterisierung
SPIO-Nanopartikel wurden entwickelt, um mit MtbsAb zu konjugieren. Der auf der Oberfläche von SPIO-Nanopartikeln stabilisierte Dextran wurde durch Epichlorhydrin vernetzt. SPIO-Nanopartikel wurden anschließend mit EDBE aufgenommen, um primäre Aminfunktionsgruppen an den Dextranenden zu aktivieren. SA wurde dann zur SPIO-EDBE-SA konjugiert. SPIO-MtbsAb Nanosonden entstanden im letzten Schritt durch die Konjugation von MtbsAb mit SPIO-EDBE-SA in Gegen.......

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Discussion

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Ähnlich wie in einschlägigen Studien zeigten unsere Ergebnisse zu SPIO-MtbsAb-Nanosonden eine signifikante Spezifität für Mtb27,28. Das subkutane Mtb-Granulom wurde 1 Monat nach der TB-Injektion in den Mausmodellen gefunden. Die typischen Ergebnisse der physikalischen Histologie des TB umfassten Lymphozyteninfiltration, Das Vorhandensein epithelioider Makrophagen und Neovaskularisation. Säureschnelle Bacilli wurden in den TB-Läsionen verstreut, was die MtbsAb-Imm.......

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Disclosures

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Keiner der Autoren hat ein proprietäres Interesse an den in dieser Studie untersuchten Materialien.

Acknowledgements

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Die Autoren sind dankbar für die finanzielle Unterstützung durch das Ministerium für Wirtschaft Taiwan (Zuschüsse NSC-101-2120-M-038-001, MOST 104-2622-B-007, MOST 105-2622-B-038-004) für diese Forschungsarbeit durchzuführen. Dieses Manuskript wurde von Wallace Academic Editing herausgegeben.

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
(Benzotriazol-1-yloxy) TripyrrolidinophosphoniumhexafluorphosphatSigma-Aldrich
1-hydroxybenzotriazolSigma-Aldrich
Dextran (T-40)GE Healthcare Biosciences AB
Epichlorhydrin, 2,2'-(ethylendioxy)bis(ethylamin)Sigma-Aldrich
EisenchloridhexahydratFluka
Eisenchlorid-Tetrahydrat,Fluka
Humanmonozytär THP-1
M. bovis BCGPasteur Mé rieuxConnaught Stamm; ImmuCyst Aventis
MRTGE medical Systems3.0-T, Signa
NH4OHFluka
NMR-RelaxometerBrukerNMS-120 Minispec
Sephacryl S-300GE Healthcare Bio-sciences AB
Sephadex G-25GE Healthcare Bio-sciences AB
SPECTRUM molekulare poröse Membranschläuche, 12.000 -14.000 MW abgeschnittenSpectrum Laboratories Inc
TB Oberflächenantikörper - Polyklonaler Antikörper gegen MtbAcris Antibodies GmbHBP2027
TransmissionselektronenmikroskopJEOLJEM-2000 EX II

References

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  1. Small, P. M., et al. Treatment of tuberculosis in patients with advanced human immunodeficiency virus infection. New England Journal of Medicine. 324, 289-294 (1991).
  2. Alvarez, S., McCabe, W. R. Extrapulmon....

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Superparamagnetic Iron Oxide NanoparticlesExtrapulmonary Tuberculosis DetectionMagnetic Resonance ImagingTransmission Electron MicroscopyNuclear Magnetic ResonanceGel Filtration ChromatographyDextran Coated Iron OxideMycobacterium tuberculosis Surface AntibodyT2 Weighted MRISignal Intensity Enhancement

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