СВЧ-приводом Синтез оксида железа наночастицами для быстрого обнаружения Атеросклероз
Summary
Микроволновая технология позволяет очень быстро синтез наночастиц оксида железа для определения характеристик атеросклерозе бляшки. Использование aminobisphosphonate во внешней стороне наночастицами обеспечивает быстрое накопление в атеросклеротических области.
Abstract
Быстрое и воспроизводимое СВЧ-управляемый протокол был разработан для синтеза наночастиц neridronate-функционализированный. Начиная с синтеза гидрофобных наночастиц, наш метод основан на адаптации от метода термического разложения для микроволнового синтеза приводом. Новая методика приводит к снижению времени реакции по сравнению с традиционными процедурами. Кроме того, использование микроволновой технологии увеличивает воспроизводимость реакции, что-то важное с точки зрения клинического применения. Новизна этого оксида железа наночастиц является присоединение Neridronate. Использование этой молекулы приводит бисфосфоната часть молекулы по отношению к внешней стороне наночастицы , которая обеспечивает Ca 2+ свойства связывания в пробирке и избирательного накопления в естественных условиях в атеромы бляшки. Протокол позволяет синтез и обнаружение бляшек примерно через 3 ч после первоначального синтеза из органигр прекурсоров. Их накопление в атеросклеротических площади менее чем за 1 ч обеспечивает контрастное средство особенно подходит для клинического применения.
Introduction
Атеросклероз является многофакторным хроническое воспалительное заболевание артериальной стенки в результате нерегулируемого липидного обмена и дефектной воспалительной реакции. Из – за распространенности и экономических и социальных издержек этого и связанных с сердечно – сосудистыми заболеваниями на есть растущий интерес к решению патологии с новыми инструментами, из которых Нанотехнология является одним из наиболее перспективных. 1-3 Однако существует очень мало примеров быстро производство и характеристика зондов , который является основой для перевода в клинику 4 в этом протоколе мы используем микроволновую синтез оксида железа наночастиц для дальнейшей функционализации с бисфосфонатов и в естественных условиях обнаружения атеросклероза в АроЕ -. / -. мышей в 1 час 5 наночастицы оксида железа (IONP) являются хорошо известным наноматериал и его использование в качестве контрастного агента для магнитно-резонансной томографии (МРТ) была создана для выявления различных заболеванийs в последние годы. 6-8
Синтез СВЧ (М.В.С), позволяет синтезировать наночастицы в чрезвычайно короткие промежутки времени с высокой воспроизводимостью и увеличения урожайности. 9,10 В нашем протоколе мы получаем IONP с бляшка возможности таргетинга в три этапа. Последним из них является прилипание aminobisphosphonate, Neridronate, который является ключевым в нашей стратегии из-за его кальций-связывающих свойств. Из – за их природным аналогом пирофосфата (PPI), Neridronate был использован в лечении несовершенного остеогенеза (OI) и болезнь Педжета (PDB) для их высокого сродства к костным минералом. 11-13
Три шага протокола приведены в схеме 1. Этапы один и два осуществляются с использованием микроволновой технологии. Первый шаг обеспечивают оксида железа наночастицы олеиновой кислоты покрытием (ОА-IONP) путем модификации опубликованных методов. 14 Протокол представляет собой адаптацию к микроволновым синтеза традицРациональная синтез термического разложения. 15,16 Смесь , содержащая Fe (АРКГА) 3, олеиновая кислота, олеиламин и 1,2-додекандиол растворяется в бензиловый спирт и подвергали в двух процессах нагрева. После очистки проводят промыванием этанолом и сбор частиц с Nd-Fe-B, магнит, чтобы исключить избыток поверхностно-активные вещества в надосадочной жидкости. Тогда OA-IONP стабилизируются в CHCl3. Как и ожидалось, из-за очень быстрого нагрева, ожидаемые результаты показали, что наночастицы, синтезированные с помощью микроволнового излучения меньше, с точки зрения ядра (3,7 ± 0,8 нм) и гидродинамического размера (7,5 нм) по сравнению с традиционным термическим разложением; Однако, до сих пор наночастицы представляют собой превосходную кристаллическую структуру.
Второй этап состоит в прямой химической модификации двойной связи, присутствующей в олеиновой кислоте, используя сильный окислитель , как KMnO 4, оригинальной методике , разработанной в нашей группе была модифицирована для условий МВт.17 Первый этап образует комплексы между MnO 4 – и двойной связи. Затем второй этап в кислых условиях, производят расщепление молекулы олеиновой кислоты дает азелаиновая кислота-IONP. После этих двух этапов 9 минут каждый, образец очищают, первый стиральный с NaHSO 3 1% , чтобы уменьшить избыток MnO 4 – до MnO 2 , а затем с NaOH , 1% , чтобы нейтрализовать кислоту.
После того, как на стадии очистки, азелаиновая-IONP стабилизируются в 10 мМ фосфатного буфера с рН = 7,2. Этот буфер является лучшей средой для коллоидной стабильности частиц подобно тому , что произошло в оригинальной, термической реакции. 18 Использование микроволновой печи для прямого окисления двойной связи , содержащейся в ОА-IONP является очень хорошим примером преимуществ использования данной технологии в синтезе наночастиц. С помощью классического метода реакция протекает через 24 ч, использование микроволновой печи уменьшают Reactiот времени до 18 мин. Кроме того, СВЧ-управляемый протокол показывает отличную воспроизводимость дает наночастицы с 30 ± 5 нм гидродинамического размера после того, как 4-х повторений. Помимо этого изменения в гидродинамическом размера, дзета-потенциал является хорошим показателем для быстрой проверки успешного реакции. В связи с наличием новых карбоксильных групп в азелаиновой-IONP, значение дзета-потенциал около -44 мВ, очень похожа на значение, полученное в результате термического подхода.
Для крепления neridronate к азелаиновой-IONP, используется традиционная ВДГ / сульфо-NHS конъюгации. 19 Этот синтетический подход хорошо разработана , так как с использованием активированного карбоксилат с сульфо-NHS обеспечивает коллоидной стабильности в процессе реакции. После того, как устранение фосфатного буфера реакцию с neridronate проводят в 1 мМ HEPES буфере (рН ~ 7). Реакция оказывает Neridronate-IONP с гидродинамическим размером 40 ± 4 нм в узком диапазоне размеров помесщенияibution и -24,1 мВ дзета-потенциала.
Процедура описана для быстрого синтеза IONP для визуализации в естественных условиях атеросклеротической бляшки хотя обоснование метода позволяет прикреплять к любой пептид / антитело со свободными аминами, с использованием тех же условий, для различных целей , в пределах Т 2 -weighted контрастного агента МРТ поле.
Protocol
Representative Results
Discussion
наночастицы оксида железа (IONP) являются одним из наиболее важных наноматериалы и он был использован для различных применений от давно. Использование этих материалов в качестве контрастного агента для магнитно-резонансной томографии (МРТ) является хорошо налаженные поле. Тем не менее, …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This study is supported by a grant from Comunidad de Madrid (S2010/BMD-2326, Inmunothercan-CM), by Fundacio La Marato de TV3 (70/C/2012) and by and by Spanish Economy Ministry (MAT2013-47303 P).
Materials
| Microwave Explorer/Discover Hybrid-12 | CEM Corporation, USA | Any microwave for chemical synthesis can be used | |
| Disposable PD-10 desalting columns | GE Healthcare life sciences | 17-0851-01 | Any size exclusion column will work |
| Amicon®Ultra-0.5 ml | Merck Millipore Ltd | ||
| Calibrated pH meter | SI analytics | 285105127 | |
| Neodymium magnet | Aiman Gz | ND010B | |
| Vortex Genius 3 | IKA | 3340000 | |
| ZetaSizer Nano ZS | Malvern Instruments | ||
| Standard (macro) cell Optical glass | Labbox | 11718 | |
| Zetasizer nanoseries disponsable folded capillary cells DTS1070 | Malvern | ||
| Bruker Minispec mq60 | Bruker |
References
- Patel, D. N., Bailey, S. R. Nanotechnology in cardiovascular medicine. Catheter. Cardiovasc. Interv. Off. J. Soc. Card. Angiogr. Interv. 69, 643-654 (2007).
- Zhao, X., Zhao, H., Chen, Z., Lan, M. Ultrasmall superparamagnetic iron oxide nanoparticles for magnetic resonance imaging contrast agent. J. Nanosci. Nanotechnol. 14, 210-220 (2014).
- Lee, D. E., et al. Multifunctional nanoparticles for multimodal imaging and theragnosis. Chem. Soc. Rev. 41, 2656 (2012).
- Osborne, E. A., et al. Rapid microwave-assisted synthesis of dextran-coated iron oxide nanoparticles for magnetic resonance imaging. Nanotechnology. 23, (2012).
- Pellico, J., et al. Microwave-driven synthesis of bisphosphonate nanoparticles allows in vivo visualisation of atherosclerotic plaque. RSC Adv. 5, 1661-1665 (2015).
- Lin, M. M., Kim, D. K., El Haj, A. J., Dobson, J. Development of superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONS) for translation to clinical applications. IEEE Trans. Nanobioscience. 7, 298-305 (2008).
- Gupta, A. K., Gupta, M. Synthesis and surface engineering of iron oxide nanoparticles for biomedical applications. Biomaterials. 26, 3995-4021 (2005).
- Liu, F., Laurent, S., Fattahi, H., Vander Elst, L., Muller, R. N. Superparamagnetic nanosystems based on iron oxide nanoparticles for biomedical imaging. Nanomed. 6, 519-528 (2011).
- Carenza, E., et al. Rapid synthesis of water-dispersible superparamagnetic iron oxide nanoparticles by a microwave-assisted route for safe labeling of endothelial progenitor cells. Acta Biomater. 10, 3775-3785 (2014).
- Osborne, E. A., et al. Rapid microwave-assisted synthesis of dextran-coated iron oxide nanoparticles for magnetic resonance imaging. Nanotechnology. 23, 215602 (2012).
- Gatti, D., Rossini, M., Viapiana, O., Idolazzi, L., Adami, S. Clinical development of neridronate: potential for new applications. Ther. Clin. Risk Manag. 9, 139-147 (2013).
- Drake, M. T., Clarke, B. L., Khosla, S. Bisphosphonates: mechanism of action and role in clinical practice. Mayo Clin Proc. 83, 1032-1045 (2008).
- Devogelaer, J. P. Treatment of bone diseases with bisphosphonates, excluding osteoporosis. Curr. Opin. Rheumatol. 12, 331-335 (2000).
- Pascu, O., et al. Surface Reactivity of Iron Oxide Nanoparticles by Microwave-Assisted Synthesis; Comparison with the Thermal Decomposition Route. J. Phys. Chem. C. 116, 15108-15116 (2012).
- Sun, S., Zeng, H. Size-Controlled Synthesis of Magnetite Nanoparticles. J. Am. Chem. Soc. 124, 8204-8205 (2002).
- Hyeon, T., Lee, S. S., Park, J., Chung, Y., Na, H. B. Synthesis of highly crystalline and monodisperse maghemite nanocrystallites without a size-selection process. J. Am. Chem. Soc. 123, 12798-12801 (2001).
- Herranz, F., Morales, M. P., Roca, A. G., Vilar, R., Ruiz-Cabello, J. A new method for the aqueous functionalization of superparamagnetic Fe 2 O 3 nanoparticles. Contrast Media Mol. Imaging. 3, 215-222 (2008).
- Herranz, F., Morales, M. P., Roca, A. G., Desco, M., Ruiz-Cabello, J. A new method for the rapid synthesis of water stable superparamagnetic nanoparticles. Chem. Weinh. Bergstr. Ger. 14, 9126-9130 (2008).
- Herranz, F., et al. Superparamagnetic iron oxide nanoparticles conjugated to a grass pollen allergen and an optical probe. Contrast Media Mol. Imaging. 7, 435-439 (2012).
