Name: Biofunctionalized Pruisisch blauw nanopartikels voor Multimodaal Molecular Imaging Toepassingen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-04-28T15:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 28 s
Description: Leer de synthese van biofunctionaliseerde Pruisisch blauw nanopartikels voor multimodaal moleculair beeldvorming met MRI-verbetering en fluorescentie. Deze methode maakt gerichte celvisualisatie mogelijk.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dit werk werd ondersteund door het Sheikh Zayed Institute for Pediatric Surgical Innovation (RAC Awards #30000174 en 30001489).

<ol><li>Massoud, T. F., Gambhir, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+imaging+in+living+subjects%3A+seeing+fundamental+biological+processes+in+a+new+light%5BTitle%5D)+AND+%22Genes+Dev%22%5BJournal%5D)">Molecular imaging in living subjects: seeing fundamental biological processes in a new light.</a> Genes Dev. 17, 545-580 (2003).</li>
<li>Mankoff, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Definition+of+Molecular+Imaging%5BTitle%5D)+AND+%22J+Nucl+Med%22%5BJournal%5D)">A Definition of Molecular Imaging.</a> J Nucl Med. 48 (6), 18N-21N (2007).</li>
<li>James, M. L., Gambhir, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Molecular+Imaging+Primer%3A+Modalities%2C+Imaging+Agents%2C+and+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Rev%22%5BJournal%5D)">A Molecular Imaging Primer: Modalities, Imaging Agents, and Applications.</a> Phys Rev. 92, 897-965 (2012).</li>
<li>Cao, W., Chen, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multimodality+Molecular+Imaging+of+Tumor+Angiogenesis%5BTitle%5D)+AND+%22J+Nucl+Med%22%5BJournal%5D)">Multimodality Molecular Imaging of Tumor Angiogenesis.</a> J Nucl Med. 49 (2), 113S-129S (2008).</li>
<li>Heinrich, J. L., Berseth, P. A., Long, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+Prussian+Blue+analogues%3A+synthesis+and+structure+of+cubic+Cr4Co4%28CN%2912+and+Co8%28CN%2912+clusters%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Commun%22%5BJournal%5D)">Molecular Prussian Blue analogues: synthesis and structure of cubic Cr4Co4(CN)12 and Co8(CN)12 clusters.</a> Chem Commun. 11, 1231-1232 (1998).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Molecular+Imaging+and+Contrast+Agent+Database+%28MICAD%29%22">Molecular Imaging and Contrast Agent Database (MICAD)</a>. , National Center for Biotechnology Information. Available from: 
 <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK5330">http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK5330</a> (2004).</li>
<li>Zhu, D., Liu, F., Ma, L., Liu, D., Wang, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoparticle-Based+Systems+for+T1-Weighted+Magnetic+Resonance+Imaging+Contrast+Agents%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Mol+Sci%22%5BJournal%5D)">Nanoparticle-Based Systems for T1-Weighted Magnetic Resonance Imaging Contrast Agents.</a> Int J Mol Sci. 14 (5), 10607-1010 (2013).</li>
<li>Bartolini, M. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+investigation+of+the+toxicity+of+gadolinium+based+MRI+contrast+agents+using+neutron+activation+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Magn.+Reson.+Imaging%22%5BJournal%5D)">An investigation of the toxicity of gadolinium based MRI contrast agents using neutron activation analysis.</a> Magn. Reson. Imaging. 21 (5), 541-544 (2003).</li>
<li>Adel, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Histological+validation+of+iron-oxide+and+gadolinium+based+MRI+contrast+agents+in+experimental+atherosclerosis%3A+The+do%27s+and+don%27t%27s%5BTitle%5D)+AND+%22Atherosclerosis%22%5BJournal%5D)">Histological validation of iron-oxide and gadolinium based MRI contrast agents in experimental atherosclerosis: The do's and don't's.</a> Atherosclerosis. 225 (2), 274-280 (2012).</li>
<li>Dumont, M. F., Yadavilli, S., Sze, R. W., Nazarian, J., Fernandes, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Manganese-containing+Prussian+blue+nanoparticles+for+imaging+of+pediatric+brain+tumors%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Nanomedicine%22%5BJournal%5D)">Manganese-containing Prussian blue nanoparticles for imaging of pediatric brain tumors.</a> Int J Nanomedicine. 9, 2581-2595 (2014).</li>
<li>Dumont, M. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biofunctionalized+gadolinium-containing+prussian+blue+nanoparticles+as+multimodal+molecular+imaging+agents%5BTitle%5D)+AND+%22Bioconjug+Chem%22%5BJournal%5D)">Biofunctionalized gadolinium-containing prussian blue nanoparticles as multimodal molecular imaging agents.</a> Bioconjug Chem. 25 (1), 129-137 (2014).</li>
<li>Yang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nephrogenic+Systemic+Fibrosis+and+Class+Labeling+of+Gadolinium-based+Contrast+Agents+by+the+Food+and+Drug+Administration%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">Nephrogenic Systemic Fibrosis and Class Labeling of Gadolinium-based Contrast Agents by the Food and Drug Administration.</a> Radiology. 265 (1), 248-253 (2012).</li>
<li>Information on Gadolinium-Based Contrast Agents. , U.S. Food and Drug Administration. Available from: 
 <a target="_blank" href="http://www.fda.gov/Drugs/DrugSafety/PostmarketDrugSafetyInformationforPatientsandProviders/ucm142882.htm">http://www.fda.gov/Drugs/DrugSafety/PostmarketDrugSafetyInformationforPatientsandProviders/ucm142882.htm</a> (2013).</li>
<li>Mendonca-Dias, M. H., Gaggelli, E., Lauterbur, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Paramagnetic+contrast+agents+in+nuclear+magnetic+resonance+medical+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Sem+in+Nuc+Med%22%5BJournal%5D)">Paramagnetic contrast agents in nuclear magnetic resonance medical imaging.</a> Sem in Nuc Med. 13 (4), 364-376 (1983).</li>
<li>Izrailev, S., Stepaniants, S., Balsera, M., Oono, Y., Schulten, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+Dynamics+Study+of+Unbinding+of+the+Avidin-Biotin+Complex%5BTitle%5D)+AND+%22Biophys%22%5BJournal%5D)">Molecular Dynamics Study of Unbinding of the Avidin-Biotin Complex.</a> Biophys. 72 (4), 1568-1581 (1997).</li>
<li>Chen, Z. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advance+of+Molecular+Imaging+Technology+and+Targeted+Imaging+Agent+in+Imaging+and+Therapy%5BTitle%5D)+AND+%22Biomed+Res+Int%22%5BJournal%5D)">Advance of Molecular Imaging Technology and Targeted Imaging Agent in Imaging and Therapy.</a> Biomed Res Int. 2014, 1-12 (2014).</li>
<li>Weissleder, R., Pittet, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+in+the+era+of+molecular+oncology%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Imaging in the era of molecular oncology.</a> Nature. 452 (7187), 580-589 (2008).</li>
<li>Jaiswal, J. K., Mattoussi, H., Mauro, J. M., Simon, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long-term+multiple+color+imaging+of+live+cells+using+quantum+dot+bioconjugates%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Biotech%22%5BJournal%5D)">Long-term multiple color imaging of live cells using quantum dot bioconjugates.</a> Nature Biotech. 21 (1), 47-51 (2002).</li>
<li>Mangrum, W., Christianson, K., Duncan, S., Hoang, P., Song, A., Merkle, E. Duke Review of MRI Principles. 304, Mosby. Philadelphia, PA. 304(2012).</li>
<li>Shokouhimehr, M., Soehnlen, E. S., Hao, J., Griswold, M., Flask, C., Fan, X., Basilion, J. P., Basu, S., Huang, S. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dual+purpose+prussian+blue+nanoparticles+for+cellular+imaging+and+drug+delivery%3A+a+new+generation+of+T1-weighted+MRI+contrast+and+small+molecule+delivery+agents%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mater.+Chem%22%5BJournal%5D)">Dual purpose prussian blue nanoparticles for cellular imaging and drug delivery: a new generation of T1-weighted MRI contrast and small molecule delivery agents.</a> J. Mater. Chem. 20, 5251-5259 (2010).</li>
<li>Hoffman, H. A., Chakrabarti, L., Dumont, M. F., Sandler, A. D., Fernandes, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Prussian+blue+nanoparticles+for+laser-induced+photothermal+therapy+of+tumors%5BTitle%5D)+AND+%22RSC+Adv%22%5BJournal%5D)">Prussian blue nanoparticles for laser-induced photothermal therapy of tumors.</a> RSC Adv. 4 (56), 29729-29734 (2014).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

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 ...

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, SPECT, echografie Fotoakoestiek, Raman spectroscopie, bioluminescentie, fluorescentie, en opklaren 3. Multimodale beeldvorming is de combinatie van twee of meer beeldvormende modaliteiten waarbij de combinatie vergroot het vermogen te visualiseren en karakteriseren verschillende biologische processen en gebeurtenissen 4. Multimodal beeldvorming maakt gebruik van de sterke punten van de individuele beeldvormende technieken, terwijl compenseren hun individuele beperkingen 3. Dit artikel presenteert het protocol voor de synthese van biofunctionalized Pruisisch blauw nanodeeltjes (PB NP) - een nieuwe klasse van multimodale, moleculaire beeldvorming agenten. De PB NP worden gebruikt voor fluorescentie beeldvorming en moleculaire MRI. PB is een pigment dat bestaat uit afwisselende ijzer (II) en ijzer (III) atomen in een face-centered cubic netwerk (figuur 1). De PB rooster bestaat uit lineaire cyanide liganden in een Fe II - CN - Fe III verbinding die kationen bevat om belastingen in het driedimensionale netwerk 5 evenwicht. Het vermogen van PB om kationen te integreren in haar rooster wordt uitgebuit door afzonderlijk laden gadolinium en mangaan ionen in de PB NP voor MRI contrast. De reden voor het nastreven van een nanodeeltje ontwerp voor MRI contrast is vanwegede voordelen van dit ontwerp biedt ten opzichte van de huidige MRI-contrastmiddelen. De overgrote meerderheid van de Amerikaanse FDA goedgekeurde MRI contrastmiddelen gadolinium chelaten die paramagnetisch van aard en geven positieve contrast door de spin-rooster relaxatie mechanisme 6,7,8. In vergelijking met een gadolinium-chelaat dat lage signaalintensiteit verschaft op zichzelf biedt de inbouw van meerdere gadolinium-ionen in het rooster PB van de nanodeeltjes verhoogde signaalintensiteit (positief contrast) 3,9. Verder is de aanwezigheid van meerdere gadolinium-ionen in het rooster PB verhoogt de algehele spindichtheid en de omvang van paramagnetisme van de nanodeeltjes, die het lokale magnetische veld in de nabijheid ervan verstoort, en zo werden negatief contrast door de spin-spin relaxatietijd mechanisme. Dus de gadoliniumbevattende nanodeeltjes functioneren zowel als T 1 (positief) en T 2 (negatief) contrastmiddelen 10,11. In een subgroep van patiënten met een verminderde nierfunctie, is de toediening van gadolinium gebaseerde contrastmiddelen in verband gebracht met de ontwikkeling van nefrogene systemische fibrose 8,12, 13. Deze observatie heeft een onderzoek gevraagd naar het gebruik van alternatieve paramagnetische ionen als contrastmiddelen voor MRI. Daarom wordt de veelzijdige ontwerp van de nanodeeltjes aangepast aan mangaanionen integreren in de PB rooster. Vergelijkbaar met gadoliniumchelaten, mangaan-chelaten ook paramagnetisch en worden typisch gebruikt om positieve signaalintensiteit verstrekken MRI 7,14. Zoals gadoliniumbevattende PB NP, de op mangaan bevattende PB NP tevens fungeren als T1 (positief) en T2 (negatief) contrastmiddelen. Om fluorescentie beeldvorming capaciteiten omvatten, worden de nanodeeltjes &quot;kernen&quot; bekleed met een &quot;biofunctionele&quot; schil bestaande uit de fluorescentie-gemerkt glycoproteïne avidine (Figuur 1). Avidine niet alleen mogelijk fluorescentie beeldvorming, maar dient ook als een docking platform gebiotinyleerde liganden die specifieke cellen en weefsels richten. Het avidine-biotine binding is een van de sterkste bekende niet-covalente bindingen gekenmerkt door zeer sterke bindingsaffiniteit tussen avidine en biotine 15. De binding van gebiotinyleerde liganden aan de met avidine beklede PB NPs verleent moleculaire gebied en de PB NPs. De motivatie voor het nastreven van fluorescentie en MR beeldvorming met behulp PB NP is omdat deze beeldvormende modaliteiten beschikken over complementaire functies. Fluorescentie beeldvorming is een van de meest gebruikte optische moleculaire beeldvorming, en voorziet in de gelijktijdige weergave van meerdere objecten hoge gevoeligheden 1,16,17. Fluorescentie beeldvorming is een veilige, niet-invasieve modaliteit, maar gaat gepaard met lage diepte van penetratie en ruimtelijke resoluties 1,3,16. Anderzijds, MRI genereert hoge temporele eend ruimtelijke resolutie niet-invasief en zonder het vereiste van ioniserende straling 1,3,16. Maar MRI kampen met een lage gevoeligheid. Daarom fluorescentiebeeldvorming en MRI werden geselecteerd als moleculaire beeldvormingstechnieken vanwege hun complementariteit van penetratiediepte, gevoeligheid en ruimtelijke resolutie. Dit artikel presenteert het protocol voor de synthese en biofunctionalization van de PB NP, gadoliniumbevattende PB NP (GDPB), en mangaanbevattende PB NP (MnPB) 10,11. De volgende werkwijzen zijn: 1) van grootte, lading en temporele stabiliteit van de nanodeeltjes, 2) beoordeling van de cytotoxiciteit van de nanopartikels, 3) het meten van MRI relaxiviteiten, en 4) het gebruik van de nanodeeltjes fluorescentie en moleculaire MR beeldvorming van een populatie van doelcellen in vitro. Deze resultaten tonen het potentieel van de NP voor gebruik als multimodale moleculaire beeldvormende middelen in vivo.

<table><tbody><tr><td>Potassium hexacyanoferrate (II) trihydrate (K4Fe(CN)6&middot;3H2O)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P9387</td><td></td></tr><tr><td>Manganese (II) chloride tetrahydrate (MnCl2&middot;4H2O)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>221279</td><td></td></tr><tr><td>Gadolinium (III) nitrate hexahydrate (Gd(NO3)3&middot;6H2O)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>211591</td><td></td></tr><tr><td>Iron (III) chloride hexahydrate (FeCl3&middot;6H2O)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>236489</td><td></td></tr><tr><td>Sodium chloride (NaCl)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S9888</td><td></td></tr><tr><td>Anti-NG2 Chondroitin Sulfate Proteoglycan, Biotin Conjugate Antibody</td><td>Millipore</td><td>AB5320</td><td></td></tr><tr><td>Biotinylated Anti-Human Eotaxin-3</td><td>Peprotech</td><td>500-P156GBT</td><td></td></tr><tr><td>Neuro-2a Cell Line</td><td>ATCC</td><td>CCL-131</td><td></td></tr><tr><td>BSG D10 Cell Line</td><td>Lab stock</td><td>---</td><td></td></tr><tr><td>OE21 Cell Line</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>96062201</td><td></td></tr><tr><td>SUDIPG1 Neurospheres</td><td>Lab stock</td><td>---</td><td></td></tr><tr><td>Eol-1 Cell Line</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>94042252</td><td></td></tr><tr><td>Poly(L-lysine) hydrobromide</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P1399</td><td></td></tr><tr><td>Formaldehyde</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>F8775</td><td></td></tr><tr><td>Bovine serum albumin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A2153</td><td></td></tr><tr><td>Aminoactinomycin D</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A9400</td><td></td></tr><tr><td>Triton X-100</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>X100</td><td></td></tr><tr><td>CellTrace Calcein Red-Orange, AM</td><td>Life Technologies</td><td>C34851</td><td></td></tr><tr><td>Avidin-Alexa Fluor 488</td><td>Life Technologies</td><td>A21370</td><td></td></tr><tr><td>Centrifuge</td><td>Eppendorf</td><td>5424</td><td></td></tr><tr><td>Peristaltic Pump</td><td>Instech</td><td>P270</td><td></td></tr><tr><td>Zetasizer Nano ZS</td><td>Malvern</td><td>ZEN3600</td><td></td></tr><tr><td>Sonicator</td><td>QSonica</td><td>Q125</td><td></td></tr><tr><td>Hot Plate/Magnetic Stirrer</td><td>VWR</td><td>97042-642</td><td></td></tr><tr><td>Ultra Clean Aluminum Foil</td><td>VWR</td><td>89107-732</td><td></td></tr><tr><td>Vortex Mixer</td><td>VWR</td><td>58816-121</td><td></td></tr><tr><td>1.7 ml conical microcentrifuge tubes</td><td>VWR</td><td>87003-295</td><td></td></tr><tr><td>15 ml conical centrifuge tubes</td><td>VWR</td><td>21008-918</td><td></td></tr><tr><td>Tube holders</td><td>VWR</td><td>82024-342</td><td></td></tr><tr><td>Disposable plastic cuvettes</td><td>VWR</td><td>7000-590 (/586)</td><td></td></tr><tr><td>Zetasizer capillary cell</td><td>VWR</td><td>DTS1070</td><td></td></tr><tr><td>Centrifugal Filters, 0.2 micrometer spin column</td><td>VWR</td><td>82031-356</td><td></td></tr><tr><td>96-well cell culture tray</td><td>VWR</td><td>29442-056</td><td></td></tr><tr><td>Trypsin EDTA 0.25% solution 1x</td><td>JR Scientific</td><td>82702</td><td></td></tr><tr><td>Cell Culture Grade PBS (1x)</td><td>Life Technologies</td><td>10010023</td><td></td></tr><tr><td>XTT Cell Proliferation Assay Kit</td><td>Trevigen</td><td>4891-025-K</td><td></td></tr><tr><td>T75 Flask</td><td>89092-700</td><td>VWR</td><td></td></tr><tr><td>Dulbecco's Modified Eagle's Medium</td><td>Biowhitaker</td><td>12-604Q</td><td></td></tr><tr><td>Fetal Bovine Serum</td><td>Life Technologies</td><td>10437-010</td><td></td></tr><tr><td>Pen-Strep 1x</td><td>Life Technologies</td><td>15070063</td><td></td></tr><tr><td>Fluoview FV1200 Confocal Laser Scanning Microscope</td><td>Olympus</td><td>FV1200</td><td></td></tr><tr><td>Chambered Microscope Slides</td><td>Thermo Scientific</td><td>154534</td><td></td></tr><tr><td>Micro Cover Glasses, Square, No. 1.5</td><td>VWR</td><td>48366-227</td><td></td></tr><tr><td>Microscope Slides</td><td>VWR</td><td>16004-368</td><td></td></tr><tr><td>RPMI</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>R8758&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Agarose</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A9539&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>FACSCalibur Flow Cytometer</td><td>BD Biosciences</td><td></td><td></td></tr><tr><td>3 T Clinical MRI Magnet</td><td>GE Healthcare</td><td></td><td></td></tr><tr><td>100 ml round-bottom flask</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

biofunctionalized pruisisch blauw nanopartikels voor multimodaal molecular imaging toepassingen

Biofunctionalized Prussian Blue Nanoparticles for Multimodal Molecular Imaging Applications

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&#39;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&#39;s worden vervolgens aangetoond door ze te gebruiken voor fluorescentie beeldvorming en moleculaire MRI in vitro.

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)</...

Dit protocol beschrijft de synthese van biofunctionele Pruisisch blauwe nanodeeltjes en hun gebruik als multimodale, moleculaire beeldvormingsmiddelen. De nanodeeltjes hebben een kern-schaal ontwerp waarbij gadolinium- of mangaanionen in de nanodeeltjekern MRI-contrast genereren. De biofunctionele schaal bevat fluoroforen voor fluorescentiebeeldvorming en targeting liganden voor moleculaire targeting.

Biofunctionalized Pruisisch blauw nanopartikels voor Multimodaal Molecular Imaging Toepassingen

Multimodal, molecular imaging allows the visualization of biological processes at cellular, subcellular, and molecular-level resolutions using multiple, ...

Het algemene doel van deze procedure is het synthetiseren van biofunctionaliseerde Pruisisch blauw-nanodeeltjes voor gebruik als multimodale moleculaire beeldsvormingsmiddelen. Dit wordt bereikt door eerst Pruisisch blauw-nanodeeltjes te synthetiseren die gadolinium- of mangaanionen bevatten, welke het MRI-signaal versterken. De tweede stap bestaat uit het binden van fluorescerend avadon aan het oppervlak van de nanodeeltjes, wat de mogelijkheid tot fluorescentiebeeldvorming verleent.Vervolgens worden de avadon-gecoate nanodeeltjes biofunctionaliseert met de gewenste biotinylated antilichamen voor celtargeting. Een laatste stap is het uitvoeren van een kwaliteitscontrole op de biofunctionaliseerde nanodeeltjes door hun grootte, zetapotentieel en temporele stabiliteit te meten. Uiteindelijk worden de biofunctionaliseerde nanodeeltjes ingezet in multimodale moleculaire imaging-toepassingen om een specifieke doelpopulatie cellen binnen een mengsel te visualiseren met behulp van fluorescentie-imaging en MRI.Huidige commerciële beeldvormingsmiddelen zijn doorgaans enkelvoudig en bieden resolutie uitsluitend op anatomisch niveau. Pruisisch blauw nanodeeltjes combineren twee complementaire beeldvormingsmodaliteiten, MRI en fluorescentie, en maken moleculaire beeldvorming op subcellulair niveau mogelijk. De toepassingen van multimodale nanodeeltjes strekken zich uit tot de diagnose van kanker en inflammatoire ziekten, naast het monitoren van de respons op behandelingen.Dit komt omdat biofunctionaliserende nanodeeltjes een populatie cellen binnen een specifiek gebied van het lichaam kunnen targeten en eraan kunnen binden. Hoewel deze methode inzicht kan bieden in de diagnose van kanker en inflammatoire ziekten en de reactie op een behandeling, kan deze ook worden toegepast op andere pathologische aandoeningen die baat hebben bij de gevoeligheid en specificiteit van moleculaire beeldvorming. Met behulp van fluorescentie en MRI kwam het idee voor het produceren van deze nanodeeltjes voort uit de vaststelling dat Pruisisch blauw, een door de FDA goedgekeurd middel voor menselijke orale consumptie, stabiel gesynthetiseerd kon worden via een eentraps syntheseschema en robuust biofunctionaliseerde kon worden met standaard bioconjugatietechnieken.Bereid eerst een 5 mM oplossing van kaliumhexacyanoferraat(II) in 5 mL gedeïoniseerd water om oplossing A te maken. Bereid vervolgens oplossing B, bestaande uit 2,5 mM ijzer(III)chloride en 2,5 mM mangaan(II)chloride in 10 mL gedeïoniseerd water voor de synthese van mangaan-Pruisisch blauw nanodeeltjes. Andere nanodeeltjes kunnen worden gesynthetiseerd zoals aangegeven in het tekstprotocol. Overbreng oplossing B naar een rondbodemkolf en roer de oplossing bij 1000 RPM op kamertemperatuur.Voeg met een peristaltische pomp oplossing A druppelsgewijs toe aan het vat met een snelheid van 10 milliliters per uur. Nadat de toevoeging van oplossing A is voltooid, wordt het mengsel gedurende nog eens 30 minuten geroerd bij 1000 RPM. Breng vervolgens aliquots van één milliliter van het mengsel over in microcentrifugebuisjes en voeg aan elk buisje 0,2 milliliters van vijf milli natriumchloride toe.Centrifugeer de buisjes bij 20 000 ×g gedurende ten minste 10 minuten en verwijder vervolgens voorzichtig het supernatant, zodat het pellet met nanodeeltjes overblijft. Voeg daarna één milliliter gedeïoniseerd water toe aan elk pellet. Gebruik een microtip om de nanodeeltjes door middel van sonicatie gelijkmatig in de oplossing te suspenderen.Was de nanodeeltjes nog ten minste drie keer om componenten van de initiële reactie uit de suspensie te verwijderen na de laatste centrifugatie, resuspendeer de nanodeeltjes in één milliliter gedeïoniseerd water nadat de nanodeeltjes zijn gecoat met fluorescerend den zoals beschreven in het tekstprotocol, en haal de voorraden biotinylated antilichamen uit de koelkast. Gebruik anti neuron glial antigen two en anti-human eotaxin three. Breng het biotinylated antilichaam over naar een 0,2 micro nylon microfugefilter en centrifugeer de buis vervolgens bij 14.000 ×g gedurende 10 minuten.Voeg vervolgens minder dan of gelijk aan 0,05 milligram antilichaam per milligram Aden-gecoate nanodeeltjes toe en dek de buisjes af met aluminiumfolie om ze tegen licht te beschermen. Incubeer de buisjes gedurende twee tot vier uur bij vier graden celsius onder voorzichtig schudden. Voeg na het binden van de antilichamen 10 microliters van een nanodeeltjesmonster met een concentratie van één milligram per milliliter toe aan 990 microliters gedeïoniseerd water in een wegwerpplastic buisje; sluit het buisje en vortex deze om te mengen.Bepaal vervolgens de gemiddelde grootte van de nanodeeltjes met een dynamische lichtverstrooiingsmeting (dynamic light scattering) bij een meethoek van 173 graden. Begin met het bereiden van suspensies van 10 milliliter cellen in PBS met een concentratie van ongeveer 100.000 cellen per milliliter; voor buizen met gemengde culturen waarin verschillende ratio's van elke cellijn aanwezig zijn, dienen deze te worden bereid zoals beschreven in het tekstprotocol. Voeg twee milliliter 5% BSA aan elke buis toe om de cellen te blokkeren en aspecifieke binding te minimaliseren. Voeg vervolgens één milliliter biofunctionaliseerde nanodeeltjes met een concentratie van één milligram per milliliter aan elke buis toe en incubeer het mengsel gedurende één uur.Spoel vervolgens de cellen vrij van ongebonden nanodeeltjes door de buisjes vijf minuten te centrifugeren bij 1000 ×g en de pellets opnieuw te resuspenderen in één milliliter PBS. Herhaal dit proces nog minstens tweemaal. Fixeer de cellen met 10% formaldehyde in PBS en voeg vervolgens 10 µg/mL phalloidine en mithrylacridine (DAPI) in PBS toe om de cellen te kleuren, incubeer de buis 30 minuten op ijs en spoel de cellen daarna met PBS.Laad vervolgens het monster in de flowcytometer en analyseer 10.000 gegatede cellen van elk monster. Een soortgelijke procedure om cellen die gebonden zijn aan fluorescente nanodeeltjes te visualiseren met behulp van laserconfocale microscopie wordt beschreven in het tekstprotocol. Laat de cellen in T 75-flessen groeien tot ongeveer 80% confluentie en spoel vervolgens het medium van de cellen af met vijf milliliter PBS.Voeg vijf milliliter 1% BSA in PBS toe en blokkeer de cellen gedurende één uur. Voeg vervolgens vijf milliliter nanodeeltjes gecoat met antilichamen in een concentratie van 0,5 milligram per milliliter toe aan de kolf en incubeer de cellen één uur om de nanodeeltjes te laten binden. Spoel de cellen daarna drie keer af met vijf milliliter PBS om niet-gebonden nanodeeltjes te verwijderen.Voeg vervolgens twee milliliter 0,25% tripsine-EDTA-oplossing toe en incubeer de cellen vijf minuten om de cellen van de fles los te maken. Voeg acht milliliter DMEM toe om de trypsine te neutraliseren en breng de celsuspensie vervolgens over in centrifugebuizen. Centrifugeer deze bij 1000 ×g gedurende vijf minuten om de cellen te pelletteren.Haspireer vervolgens het supernatant en resuspendeer de cellen in één milliliter PBS. Voeg één milliliter 10% formaldehyde in PBS toe om de cellen te fixeren en breng daarna 100 µL van elk monster over in afzonderlijke putjes van een 96-wells vlakbodemplaat. Voeg 100 µL gesmolten 1% agarose in gedeïoniseerd water toe aan elk putje en meng door herhaaldelijk met de pipet op en neer te zuigen.Laat de gel 12 uur lang stollen bij vier graden Celsius om een phantom te verkrijgen. Nadat de gel is gestold, wordt de phantom in een horizontale drie T klinische magneet geplaatst naast een massief blok 2%agar van 150 centimeter kubiek. Bevestig vervolgens de phantom en het agablok in het midden van een achtkanalen HD hersenspoel. Gebruik voor het meten van de relaxatietijden coronale coupes van 0,5 millimeter dik, genomen op middel hoogte van de 96-well plaat. Dynamische lichtverstrooiingsmetingen werden gebruikt om de hydrodynamische diameter van de gegenereerde nanodeeltjes te bepalen. Stabiliteitsstudies bevestigden de langetermijnstabiliteit van de nanodeeltjes in zowel watergebaseerde als celmediumgebaseerde experimenten.Laserconfocale microscopie toonde aan dat fluorescente nanodeeltjes geladen met antilichamen voor EOT three specifiek bonden aan het oppervlak van EOL one-cellen. Wanneer antilichamen voor een NG two werden gebruikt, bonden deze specifiek aan het oppervlak van BSG-neurosferen. De bio-gefunctionaliseerde nanodeeltjes waren in staat om een populatie doelcellen succesvol fluorescent te labelen, zoals gemeten via flowcytometrie.Bovendien waren de nanodeeltjes in staat om een specifieke subpopulatie cellen in een mengsel te targeten, zelfs bij lage ratio's van targetcellen ten opzichte van controlecellen. Tot slot verhoogden bio-gefunctionaliseerde nanodeeltjes het MRI-contrast van getargete cellen; cellen behandeld met nanodeeltjes geladen met een nng. Twee antilichamen vertoonden hyperintensiteit in de T1-gewogen sequenties in vergelijking met cellen behandeld met controledeeltjes.In tegenstelling hiermee vertoonden de A NNG twee nanodeeltjes een hypo-intensiteit in de T twee gewogen sequenties vergeleken met de controledeeltjes. De synthese van biofunctionaliseerde Pruisisch blauw nanodeeltjes kan binnen twee dagen worden voltooid indien deze correct wordt uitgevoerd.Vergelijkbaar met deze procedure kunnen de nanodeeltjes worden gefunctionaliseerd met verschillende biopolymeren en targeting-liganden om nieuwe ziekten en nieuwe condities te onderzoeken. Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u Pruisisch blauw nanodeeltjes synthetiseert voor fluorescentie- en beeldvormingsapplicaties om celpopulaties te labelen. Vergeet niet om strikt de veiligheidsrichtlijnen en standaardprocedures te volgen voor het uitvoeren van studies in de klinische MRI-magneet.

biofunctionalized-prussian-blue-nanoparticles-for-multimodal

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bio-engineering

BioImaging methoden die worden gebruikt om cellen biodistributie van nanodeeltjes te beoordelen zijn van toepassing voor therapeutische en diagnostische controle van nanoformulated verbindingen. De werkwijzen die hierin beschreven zijn gevoelig en specifiek wanneer beoordeeld door histologische coregistration. De methodieken voor een translationeel weg van knaagdier voor de menselijke toepassingen.

Geregistreerd BioImaging van nanomaterialen voor diagnostische en therapeutische monitoring

Plant virale nanodeeltjes (VNPs) zijn veelbelovend platform voor toepassingen in de medische biologie. Hier beschrijven we de procedures voor plantaardige VNP vermeerdering, zuivering, karakterisering, en bioconjugatie. Ten slotte tonen we de toepassing van VNPs voor tumor homing en beeldvorming met behulp van een muis xenograft model en fluorescentie beeldvorming.

Virale nanopartikels voor<em&gt; In vivo</em&gt; Tumor Imaging

Hier beschrijven we een protocol voor de synthese van magneto-plasmon nanodeeltjes met een sterk magnetisch moment en een sterke nabij-infrarood (NIR) absorptie. Het protocol omvat ook antilichaam conjugatie aan de nanodeeltjes door de Fc eenheid voor diverse biomedische toepassingen die moleculaire specifieke targeting vereisen.

Synthese van Immunotargeted Magneto-plasmonische Nanoclusters

Dit protocol beschrijft de toepassing van gecombineerde nabij-infrarood fluorescerende (NIRF) beeldvorming en micro-computertomografie (microCT) voor het visualiseren van cerebrale thromboemboli. Deze techniek maakt de kwantificering van trombus last en evolutie. De NIRF beeldvormende techniek visualiseert fluorescent gelabelde trombus in weggesneden hersenen, terwijl de microCT techniek visualiseert trombus in levende dieren met behulp van goud-nanodeeltjes.

Gecombineerde nabij-infrarood Fluorescent Imaging en Micro-computertomografie voor het direct visualiseren Cerebral Thromboemboli

Hier presenteren we een protocol te verkrijgen68Ga ijzeroxide core-doped nanodeeltjes via snel magnetron-gedreven synthese. De methodologie maakt PET / (T-1) MRI nanodeeltjes met radiolabeling efficiëntie hoger dan 90% en radiochemische zuiverheid van 99% in een 20-min-synthese.

Synthese van 68Ga ijzeroxide Core-doped nanodeeltjes voor Dual Positron emissie tomografie / (T-1) magnetische resonantie Imaging

In dit werk bieden we een protocol om magnetische nanomaterialen te biofunctionaliseren met antilichamen voor specifieke celtargeting. We gebruiken bijvoorbeeld ijzeren nanodraden om kankercellen aan te pakken.

Biofunctionalisering van magnetische nanomaterialen

Dit artikel presenteert de integratie van een spectrale focusmodule en een dual-output pulslaser, waardoor snelle hyperspectrale beeldvorming van gouden nanodeeltjes en kankercellen mogelijk wordt. Dit werk is bedoeld om de details van multimodale niet-lineaire optische technieken te demonstreren op een standaard laserscanmicroscoop.

Biomoleculaire beeldvorming van cellulaire opname van nanodeeltjes met behulp van multimodale niet-lineaire optische microscopie

Het huidige protocol beschrijft een gedetailleerde, real-time NIR-II fluorescentie beeldvormingsoperatie van een muis met behulp van een NIR-II optisch beeldvormingsapparaat.

Een heldere NIR-II fluorescentiesonde voor vasculaire en tumorbeeldvorming

Er wordt een protocol gepresenteerd voor de synthese van persistente luminescente nanomaterialen (PLNP's) en hun mogelijke toepassingen in herschrijfbare displays en artistieke verwerking met behulp van het nagloeieffect onder ultraviolet licht (365 nm) bestraling.

Synthese van persistente lichtgevende nanodeeltjes voor herschrijfbare displays en verlichtingstoepassingen

De bloed-hersenbarrière is een belangrijke hindernis bij het toedienen van therapieën voor glioblastoom, een ziekte waarvoor geen genezing bestaat. Hier rapporteren we een in vivo beeldgeleid therapeutisch nanoplatform voor ijzeroxide dat deze fysiologische barrière kan omzeilen op grond van de grootte en zich kan ophopen in de tumor.

Levering van nanodeeltjes van een oligonucleotidelading in een glioblastoom multiforme diermodel

Hier beschrijven we een protocol voor de bereiding van quantum dot nanobeads (QDNB) en de detectie van ziektebiomarkers met behulp van QDNB-gebaseerde lateral flow immunoassay strips. De testresultaten kunnen binnen 15 minuten kwalitatief worden beoordeeld onder UV-lichtverlichting en kwantitatief worden gemeten met behulp van een fluorescerende striplezer.

Fluorescerende laterale flow-immunoassay op basis van Quantum Dots nanobeads

Leer de synthese van biofunctionaliseerde Pruisisch blauw nanopartikels voor multimodaal moleculair beeldvorming met MRI-verbetering en fluorescentie. Deze methode maakt gerichte celvisualisatie mogelijk.

Biofunctionalized Pruisisch blauw nanopartikels voor Multimodaal Molecular Imaging Toepassingen

Meer video's verkennen