Method Article

Biofunctionalized Pruisisch blauw nanopartikels voor Multimodaal Molecular Imaging Toepassingen

DOI:

10.3791/52621

⸱

April 28th, 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 This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

This protocol describes the synthesis of biofunctionalized Prussian blue nanoparticles and their use as multimodal, molecular imaging agents. The nanoparticles have a core-shell design where gadolinium or manganese ions within the nanoparticle core generate MRI contrast. The biofunctional shell contains fluorophores for fluorescence imaging and targeting ligands for molecular targeting.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Multimodale, moleculaire beeldvorming kan de visualisatie van biologische processen op cellulair, subcellulaire en moleculaire niveau resoluties met behulp van meerdere, complementaire beeldvormende technieken. Deze beeldvormende middelen vergemakkelijken het real-time evaluatie van trajecten en mechanismen in vivo, waarbij zowel diagnostische en therapeutische werking versterken. Dit artikel presenteert het protocol voor de synthese van biofunctionalized Pruisisch blauw nanodeeltjes (PB NP) - een nieuwe klasse van middelen voor gebruik in multimodale, moleculaire beeldvorming toepassingen. De beeldvormende modaliteiten opgenomen in de nanodeeltjes, fluorescentie beeldvorming en magnetische resonantie imaging (MRI), complementaire functies. De PB NP's beschikken over een kern-schil design waarbij gadolinium en mangaan ionen opgenomen in de interstitiële ruimten van de PB rooster genereren MRI contrast, zowel in T1 en T2-gewogen sequenties. De PB NP zijn gecoat met fluorescerende avidine middels elektrostatische zichzelf alstage, die fluorescentie beeldvorming mogelijk maakt. Het avidine gecoate nanodeeltjes gemodificeerd met gebiotinyleerde liganden die moleculaire gebied en de nanodeeltjes verlenen. De stabiliteit en de toxiciteit van de nanodeeltjes gemeten, evenals hun MRI relaxiviteiten. De multimodale, moleculaire beeldvorming mogelijkheden van deze biofunctionalized PB NP's worden vervolgens aangetoond door ze te gebruiken voor fluorescentie beeldvorming en moleculaire MRI in vitro.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Moleculaire beeldvorming is de niet-invasieve en gerichte visualisatie van biologische processen op cellulair, subcellulaire en moleculaire niveau 1. Moleculaire beeldvorming maakt een model in zijn inheemse micro blijven terwijl de endogene wegen en mechanismen worden beoordeeld in real-time. Typisch moleculaire beeldvorming omvat de toediening van een exogene beeldvormingsmiddel in de vorm van een klein molecuul, macromolecuul, of nanodeeltjes te visualiseren, doel en sporenelementen relevante fysiologische processen bestudeerd 2. De verschillende beeldvormende modaliteiten die zijn onderzocht in de moleculaire beeldvorming onder MRI, CT, PET,....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Synthese van PB NP, GDPB en MnPB

Synthese van de nanodeeltjes (PB NP, GDPB, of MnPB) wordt bereikt met behulp van een éénpotssynthese regeling door het uitvoeren van de stappen die hieronder beschreven:

  1. Bereid oplossing A met 5 ml van 5 mM kaliumhexacyanoferraat (II) in gedeïoniseerd (DI) water. Afhankelijk van het type nanodeeltjes gesynthetiseerd - PB NP, GDPB of MnPB bereiden oplossing 'B' als volgt:
    1. Voor PB NP: bereid 10 ml van een oplossing bevattende 2,5 mM ijzer (III) chloride in DI water.
    2. Voor GDPB NP: bereiden 10 ml van een oplossing bevattende 2,5 mM elk van gadolinium ....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Met behulp van de éénpotssynthese regeling, nanodeeltjes van PB NP (gemiddelde diameter van 78,8 nm, polydispersiteitsindex (PDI) = 0,230; berekend door het dynamische lichtverstrooiing instrument), GDPB (gemiddelde diameter van 164,2 nm, PDI = 0,102), of MnPB ( gemiddelde diameter 122.4 nm, PDI = 0,124) dat monodisperse (zoals gemeten door DLS zijn) kan consistent worden gesynthetiseerd (Figuur 2A). De gemeten zeta potentialen van de gesynthetiseerde nanodeeltjes minder dan -30 mV (Figuur 2B)

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit artikel geeft de werkwijzen voor de synthese van een nieuwe klasse van multimodale moleculaire beeldvormende stoffen gebaseerd op biofunctionalized Pruisisch blauw nanodeeltjes. De moleculaire beeldvormende modaliteiten opgenomen in de nanodeeltjes fluorescentie beeldvorming en moleculaire MRI vanwege hun complementariteit. De biofunctionalized Pruisisch blauw nanodeeltjes een kern-schil design. De belangrijkste stappen in de synthese van deze nanodeeltjes zijn: 1) éénpotssynthese waarin de kernen die bestaan ​​uit .......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

This work was supported by the Sheikh Zayed Institute for Pediatric Surgical Innovation (RAC Awards #30000174 and 30001489).

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Potassium hexacyanoferrate (II) trihydrate (K4Fe(CN)6·3H2O)Sigma-AldrichP9387
Manganese (II) chloride tetrahydrate (MnCl2·4H2O)Sigma-Aldrich221279
Gadolinium (III) nitrate hexahydrate (Gd(NO3)3·6H2O)Sigma-Aldrich211591
Iron (III) chloride hexahydrate (FeCl3·6H2O)Sigma-Aldrich236489
Sodium chloride (NaCl)Sigma-AldrichS9888
Anti-NG2 Chondroitin Sulfate Proteoglycan, Biotin Conjugate AntibodyMilliporeAB5320
Biotinylated Anti-Human Eotaxin-3Peprotech500-P156GBT
Neuro-2a Cell LineATCCCCL-131
BSG D10 Cell LineLab stock---
OE21 Cell LineSigma-Aldrich96062201
SUDIPG1 NeurospheresLab stock---
Eol-1 Cell LineSigma-Aldrich94042252
Poly(L-lysine) hydrobromideSigma-AldrichP1399
FormaldehydeSigma-AldrichF8775
Bovine serum albuminSigma-AldrichA2153
Aminoactinomycin DSigma-AldrichA9400
Triton X-100Sigma-AldrichX100
CellTrace Calcein Red-Orange, AMLife TechnologiesC34851
Avidin-Alexa Fluor 488Life TechnologiesA21370
CentrifugeEppendorf5424
Peristaltic PumpInstechP270
Zetasizer Nano ZSMalvernZEN3600
SonicatorQSonicaQ125
Hot Plate/Magnetic StirrerVWR97042-642
Ultra Clean Aluminum FoilVWR89107-732
Vortex MixerVWR58816-121
1.7 ml conical microcentrifuge tubesVWR87003-295
15 ml conical centrifuge tubesVWR21008-918
Tube holdersVWR82024-342
Disposable plastic cuvettesVWR7000-590 (/586)
Zetasizer capillary cellVWRDTS1070
Centrifugal Filters, 0.2 micrometer spin columnVWR82031-356
96-well cell culture trayVWR29442-056
Trypsin EDTA 0.25% solution 1xJR Scientific82702
Cell Culture Grade PBS (1x)Life Technologies10010023
XTT Cell Proliferation Assay KitTrevigen4891-025-K
T75 Flask89092-700VWR
Dulbecco's Modified Eagle's MediumBiowhitaker12-604Q
Fetal Bovine SerumLife Technologies10437-010
Pen-Strep 1xLife Technologies15070063
Fluoview FV1200 Confocal Laser Scanning MicroscopeOlympusFV1200
Chambered Microscope SlidesThermo Scientific154534
Micro Cover Glasses, Square, No. 1.5VWR48366-227
Microscope SlidesVWR16004-368
RPMISigma-AldrichR8758 
AgaroseSigma-AldrichA9539 
FACSCalibur Flow CytometerBD Biosciences
3 T Clinical MRI MagnetGE Healthcare
100 ml round-bottom flask

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  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., ....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

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

Related Articles