Summary
Mikrobølgeovn teknologien muliggjør ekstremt rask syntese av jernoksid nanopartikler for aterosklerose plakk karakterisering. Bruken av en aminobisphosphonate i den ytre siden av nanopartikkel gir en rask akkumulering i den aterosklerotiske-området.
Abstract
En rask og reproduserbar mikrobølgeovn drevet protokollen er utviklet for syntese av neridronate-funksjonnanopartikler. Starter fra syntesen av hydrofobe nanopartikler, er vår metode basert på en tilpasning fra termisk dekomponering metode for mikrobølgedrevet syntese. Den nye metoden gir en reduksjon i reaksjonstiden sammenlignet med tradisjonelle fremgangsmåter. Videre, bruk av mikrobølgeteknikk øker reproduserbarheten av reaksjonene, noe som er viktig fra det synspunkt av kliniske applikasjoner. Nyheten av dette jernoksid nanopartikkel er å feste Neridronate. Bruken av dette molekylet fører en bisfosfonat-del mot utsiden av nanopartikler som har Ca 2+ bindende egenskaper in vitro og selektiv akkumulering in vivo i ateroma plakk. Protokollen tillater syntese og plakk deteksjon i ca 3 timer siden den første syntesen fra organisac forløpere. Deres akkumulering i den aterosklerotiske område på mindre enn 1 time gir et kontrastmiddel særlig egnet for kliniske anvendelser.
Introduction
Åreforkalkning er en multifaktoriell kronisk betennelsessykdom i arterieveggen som følge av et deregulert lipidmetabolisme og en defekt betennelsesreaksjon. På grunn av forekomsten og de økonomiske og sosiale kostnadene ved denne og beslektede kardiovaskulære sykdommer er det en økende interesse for å ta opp patologi med nye verktøy, hvorav nanoteknologi er en av de mest lovende. 1-3 Men det er svært få eksempler på rask produksjon og karakterisering av sonder som er grunnleggende for oversettelse til klinikken 4 i denne protokollen vi bruker en mikrobølgeovn syntese av jernoksid nanopartikler for videre funksjon med et bisfosfonat og in vivo påvisning av aterosklerose i ApoE -. / -. mus i 1 time 5 jernoksid nanopartikler (IONP) er en velkjent nanomaterial og dens bruk som kontrastmiddel for Magnetic Resonance Imaging (MRI) er etablert for påvisning av ulike sykdommers i de siste årene. 6-8
Mikrobølgeovn syntese (MWS), kan syntetisere nanopartikler i svært kort tid med høy reproduserbarhet og forbedret avkastning. 9,10 I vår protokoll vi få IONP med plakk målretting i tre trinn. Den endelige ene er å feste en aminobisphosphonate, Neridronate, som er nøkkelen i vår strategi på grunn av sin kalsiumbindende egenskaper. På grunn av deres naturlige analog-pyrofosfat (PPi), har Neridronate blitt brukt i behandlingen av osteogenesis imperfecta (OI) og Pagefs sykdom i ben (PDB) for sin høye affinitet til benmineral. 11-13
De tre trinnene i protokollen er oppsummert i skjema 1. trinn en og to er utført ved anvendelse av mikrobølgeteknologi. Første trinn gir oljesyre-belagt jernoksid nanopartikler (OA-IONP) ved en modifikasjon av publiserte metoder. 14 Protokollen er en tilpasning til mikrobølgeovn syntese av traditional termisk dekomponering syntese. 15,16 En blanding inneholdende Fe (acac) 3, oleinsyre, oleylamin og 1,2-dodekandiol ble oppløst i benzylalkohol og underkastet ved to oppvarmingsprosesser. Rensing foretas vasking med EtOH og oppsamling av partiklene med en Nd-Fe-B magnet for å fjerne overskudd av overflateaktive stoffer i supernatanten. Deretter blir OA-IONP stabilisert i CHCI3. Som forventet, på grunn av den meget rask oppvarming, forventede resultater viste at nanopartiklene syntetisert av mikrobølge er mindre i forhold til kjernen (3,7 ± 0,8 nm) og hydrodynamisk størrelse (7,5 nm) sammenlignet med tradisjonell termisk dekomponering; Men nanopartikler fortsatt presentere en utmerket krystallinitet.
Det andre trinn består i en direkte kjemisk modifikasjon av dobbeltbindingen som er tilstede i oljesyre, ved anvendelse av en kraftig oksidant som KMnO 4, den opprinnelige metoden utviklet i vårt gruppe ble modifisert for MW forhold.17 Et første trinn danner komplekser mellom MnO 4 - og den dobbeltbinding. Deretter, et andre trinn i sure betingelser, produserer den spaltning av oljesyre molekylet gir Azelainsyre-IONP. Etter disse to trinn med 9 min hver, blir prøven ble renset, først vasking med NaHSO 3 1% for å redusere overskuddet av MnO 4 - til MnO 2 og deretter med NaOH 1% for å nøytralisere syren.
Etter rensetrinnet blir Azelaic-IONP stabilisert i 10 mM fosfatbuffer pH = 7,2. Denne buffer er det beste miljø for kolloidal stabilitet av partiklene tilsvarende til det som skjedde i den opprinnelige, termisk reaksjon. 18 Bruken av mikrobølge for direkte oksydasjon av dobbeltbindingen inneholdt i OA-IONP er et godt eksempel på fordelene ved bruk av denne teknologien i syntesen av nanopartikler. Med den klassiske metoden reaksjonen finner 24 hr, utnyttelse av mikrobølge minske Reactii tide til 18 min. Videre viser mikrobølgeovn drevet protokollen en utmerket reproduserbarhet gi nanopartikler med 30 ± 5 nm av hydrodynamisk størrelse etter 4 repetisjoner. Bortsett fra endringen i hydrodynamisk størrelse, er zeta-potensialet en god parameter for raskt å sjekke vellykket av reaksjonen. På grunn av tilstedeværelsen av de nye karboksylgruppene i Azelaic-IONP, verdien for zeta-potensialet er rundt -44 mV, meget lik den som oppnås ved den termiske tilnærming verdi.
For å feste neridronate til Azelaic-IONP, er tradisjonell EDC / sulfo-NHS konjugering brukes. 19 Dette syntetiske tilnærmingen er godt etablert siden ansette en aktivert karboksylat med sulfo-NHS sikrer kolloidal stabilitet under reaksjonen. Etter eliminering av fosfatbuffer reaksjonen med neridronate utføres i en mM HEPES-buffer (pH ~ 7). Reaksjons gjengir Neridronate-IONP med en hydrodynamisk størrelse på 40 ± 4 nm i en snever størrelses distribution og -24,1 mV av zeta-potensial.
Fremgangsmåten er beskrevet for rask syntese av IONP for in vivo synliggjøring av aterosklerotisk plaque selv om gjennomførbarheten av fremgangsmåten gjør det mulig å feste en hvilken som helst peptid / antistoff med frie aminer, ved å bruke de samme betingelser, for forskjellige formål innenfor T 2-vektet MRI-kontrastmiddel feltet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Utarbeidelse av reagenser
- Fremstille en mM HEPES-buffer oppløsning av 23,8 mg av HEPES i 100 ml destillert vann. Juster pH til 7.
- Fremstille 10% NaHSO 3 oppløse 10 g NaHSO 3 i 100 ml destillert vann. Omrør blandingen i 15 minutter.
- Fremstille NaOH-oppløsning å oppløse 1 g NaOH i 100 ml vann. Omrør i 10 min.
- Fremstille 10 mM fosfatbuffer oppløsning av 600 mg av NaH 2PO 4 i 1 liter vann. Legg nøye 0,34 ml fosforsyre og røres i 30 min. Juster pH til 2,9 (akseptområde 2,7-3,0).
- Fremstille 10 mM fosfatbuffer oppløsning av 269 mg av NaH 2PO 4 og 1,09 g Na 2 HPO 4 til destillert vann for å gi et volum på 1 L. Juster pH-verdien til 7,2.
2. Syntese av oljesyre Belagt Nanopartikler (OA-IONP)
- I en mikrobølgeovn innrettet kolbe tilsett 0,5 g av Fe (acac) 3, 1,4 ml Oleic syre, 0,6 ml oleylamin og 1,19 g 1,2-hexadodecanediol. Tilsett 10 ml fenyleter forsiktig gjennom kolben veggen ved hjelp av en gradert pipette.
- Innføre kolben i mikrobølgereaktor og starte mikrobølge protokollen.
MERK: Mikrobølgeovn programvaren gjør velge størrelsen for ulike parametere som temperatur, trykk, røre fart, kraft og reaksjonstid. Videre har den mulighet til å laste inn i tre forskjellige trinn i den samme protokollen slik avstembar syntese. Når lastet syntet-protokollen starter, mikrobølge varmer prøven så raskt som mulig (ramping prosess) og holder det i løpet av det valgte reaksjonstiden (kjørende prosess). Valg av makt bestemmer tidspunktet for ramping. - Legg i en dynamisk studie i mikrobølgeovn. Protokollen inneholder tre faser:
- Trinn 1: sette temperaturen til 60 ° C, tid 2 min, trykk 250 psi og 150 W effekt. Rør hastighet må være i høy posisjon og maks effekt inn på.
- Stage 2: sette temperaturen til 200 ° C, tid 20 min, trykk 250 psi og 300 W effekt. Rør hastighet må være i høy posisjon og maks effekt inn på.
- Trinn 3: sette temperaturen til 250 ° C, tid 10 min, trykk 250 psi og 300 W effekt. Rør hastighet må være i høy posisjon og maks effekt inn på.
- Etter endt protokollen, tillate kolben avkjøles ved værelsestemperatur.
MERK: Avkjøling prosessen kan gjøres med eller uten gasstrømmen. Begge sakene gi samme resultat. Aggregater vises i rørepinne og i veggen av kolben, vaske den med EtOH og sette den på erlenmeyerkolbe. - Overfør reaksjonsblandingen til en Erlenmeyer ved hjelp av en glasspipette og tilsett 10 ml EtOH 98%. Sett en Nd-Nb-B magnet under kolben, vent fem minutter og fjern supernatanten med et glass pipette.
- Tilsett 10 ml EtOH, sonikere prøven ved romtemperatur i 2 minutter og 40 kHz, sette prøven på magneten og fjerne supernatanten. Gjenta dette trinnet på Least tre ganger.
- Dispergere oljesyre nanopartikler i 30 ml CHCI3 og sonikere ved 40 kHz i 5 min ved RT. Sjekk den hydrodynamiske størrelse i Zetasizer i henhold til produsentens anvisninger. Sett 0,5 ml OA-IONP i glasset kyvetten og tilsett 0,5 ml CHCI3. Aksept range 7-10 nm uttrykt som Z-gjennomsnittlig størrelse i intensitet.
MERK: OA-IONP kan være godt spredt i heksan.
3. Syntese av azelainsyre Nanopartikler (Azelaic Acid-IONP)
- Oppløs 44,3 mg KMnO 4 og 150,4 mg av BTACl i en blanding av H2O: CHCl3 (3: 2 ml). Legge til den resulterende oppløsning til en 5 ml aliquot av OA-IONP i mikrobølgeovn innrettet til kolben.
- Start mikrobølgeovn protokoll for Azelaic syre-IONP. Innstilt temperatur på 105 ° C, tid 9 min, trykk 250 kPa og strømmen ved 300 W. sette 10 ml fosfatbuffer pH = 2,9 i kolben og gjenta mikrobølgeovn protokollen. Etter avkjøling skritt, gjenopprette nanopartiklerved hjelp av en magnet og eliminere supernatanten.
- Tilsett 5 ml 10% NaHSO 3 til en Erlenmeyer-kolbe, sonicate ved 40 kHz i 2 minutter ved 25 ° C, samle partiklene ved hjelp av en magnet og fjerne supernatanten. (Trinnet ble gjentatt 2 ganger). Vask de nanopartikler tre ganger med 1% NaOH og til slutt re-dispergere det i 5 ml fosfatbuffer, pH = 7,2.
- Sjekk hydrodynamisk størrelse og zeta potensial. Sett 0,7 ml Azelaic-IONP inn i kast kastet kapillær celle og sett den på Zetasizer.
MERK: Aksept utvalg for størrelse 25-35 nm, uttrykt som Z-gjennomsnittlig størrelse i intensitet. Aksept utvalg for Z-Potential -45 ± 5 mV. Større nanopartikler (~ 70 nm) kan oppnås med fosfatbuffer pH> 7 i stedet pH = 2,9 (ref Chem Eur J 2008).
4. Syntese av Neridronate Nanopartikler (Neridronate-IONP)
- Tilsett 12 mg av EDC og 15 mg av Sulfo-NHS i en sentrifuge med 2 ml aliquot av Azelaic-IONP. Setteav blandingen i en virvel ved RT i 35 min.
- Sette en magnet under sentrifugen for å destabilisere nanopartikler, Aspirer supernatanten og vask partiklene med 1,5 ml av HEPES 1 mM pH = 7 buffer. (Gjenta dette trinnet to ganger.) Etterpå legge til 5 mg neridronate og riste blandingen i en virvel i 2 timer.
- Separate nanopartikler med en magnet og vask (3 x 2 ml) med en mM HEPES pH = 7 buffer. Til slutt, disperse Neridronate-IONP i 2 ml 1 mM HEPES pH = 7 buffer.
- Sjekk hydrodynamisk størrelse og zeta potensial. Sett 0,7 ml Neridronate-IONP inn i kast kastet kapillær celle og sett den på Zetasizer (se oppsett av utstyr).
MERK: Aksept utvalg for størrelse 40-45 nm, uttrykt som Z-gjennomsnittlig størrelse i intensitet. Aksept utvalg for Z-Potential -20 ± 5 mV.
5. I Vivo Påvisning av atheroma Plakk i ApoE - / - mus ved MR
- Forberedelse til MR Acquisition
MERK: Flere extra systemer for dyreforsøk er nødvendig. Dermed vil det kreve:- Bruk egnet utstyr for å bedøve dyrene.
- Oppnå en tett krets-sirkulerende varmt vann system med en utvendig varm luft for å holde temperaturen av det animalske stabil.
NB: I dette tilfellet MRI-kompatible overvåking og portsystemet registrerer temperaturen av det animalske inne i MRI-magnet. - Overvåke det ytre temperatur i nærhet av dyret, legemet (rektaltermometer) temperatur av dyret, den åndedrett sensor plassert under kroppen til dyret i nærheten av brystkassen ved hjelp av et integrert grensesnitt i MR konsollen.
- MR Experiment
- Bedøve dyrene med fordampede isofluran (2% for induksjon i løpet av to eller tre minutter og 1-1,5% for vedlikehold i løpet av MRI-eksperimentet) med en 100% oksygen linje.
- Plasserer dyret i midten av magneten ved hjelp av en profil anskaffelse.
- Etter trinn 5.2.2, tune høyfrekvensspolen til 300 MHz (7 T) resonansfrekvens og møter den karakteristiske impedans av spolen til 50 ohm for optimal signalmottak.
MERK: Vær oppmerksom på eksterne kabler og tilkoblinger skal målesystemet via adapter / splitter til hver del av senderen polen individuelt (i vårt tilfelle var det en kvadratur coil). - Etter å ha innstilt og matchende spoler, koble spolene inn i skanneren.
- For RF-pulsen kalibrering (form og lengde) og midtfrekvensjustering utføre både puls kalibrering og sentrum av frekvensen manuelt. Utfør justeringene 90 ° puls kalibrering, grov mellomlegg (se nedenfor), senter frekvens og mottaker gain manuelt.
- Utfør nøyaktige posisjon ved hjelp av en gradient ekko (FLASH eller GRE) localizer scan (3 plan speider oppkjøpet: aksial, koronal og sagittal, også kalt TriPilot.
- Utføre magneten mellomlegg for å optimalisere det magnetiske felt homogenitet i det CENter av magneten. Utføre dette trinnet manuelt (se 5.2.3) ved hjelp av en en eller enkelt puls FID-sekvens og justere den første og andre ordrer mellomlegg eller en hvilken som helst automatisk mellomlegg sekvens som er inkludert i systemet
MERK: En godt shimmed magnetfelt er lett gjenkjennelig og målt ved T2 (som større jo bedre) eller smal FWHM av spekteret.
- MR Data Acquisition av plakk 5
- Injisere 100 ul (1 mg [Fe] ml -1) av neridronate nanopartikler intravenøst i halevenen og hente bilder 1 timer etter injeksjon. Last parametrene for MR oppkjøpet av aterosklerotisk plakk å se på abdominal aorta (renal deli).
- Sett multi-slice, 10 til 20 skiver i intermodus for å redusere artefakter.
- Skaffe høy oppløsning rask spin ekko T1-vektet MR i koronal eller aksial visning med følgende parametre: FOV 60 x 30 mm (koronale), 30 x 30 mm (aksial), slice tykkelse 0,8 mm (med liten stigning spiral configuration dette kan reduseres til 0,6 mm), 400 msek TR, 8 msek TE, 256 x 256 anskaffelses- og rekonstruksjon matrisedata, 6 (stor gradient) til 8 (liten gradient) signal gjennomsnitt for 5-8 min Gjennomsnittlig innhentingstider.
MERK: TE er spesielt kritisk og tilstedeværelse av blod signal og flyt og kjemiske skift gjenstander som kan begrense søknadene. I disse tilfellene flyte ufølsom rask spin ekko T2-IR kan bidra til å redusere artefakter og oppkjøp av komplementære data i nøyaktig samme sted kan bidra til å karakterisere plakk. I tillegg kan en presaturation puls anvendes for å redusere fettvevet som omgir arterieveggen for bedre avgrensning av den ytre grense av veggen og kjemisk skift gjenstand reduksjon. - Overfør bildene ved hjelp av et standard format som DICOM og utsikt i egnet programvare (f.eks Osirix bildebehandling eller amid: Medical Imaging Data Examiner) 5. Kvantifisere kontrasteffekten manuelt avgrenser vessel område, veggtykkelse, lumen område og plakkbyrden 5.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
I denne protokollen, er syntesen av tre forskjellige IONP rives. Med utgangspunkt i hydrofobe OA-IONP, blir vandige stabile nanopartikler oppnådd ved hjelp av mikrobølgedrevet syntese. Alle nanopartikler present ultra-liten hydrodynamisk størrelse (DH <50 nm) i en svært smal størrelsesfordeling (Figur 1c). Bruk av mikrobølgeteknologi gjør ultra-små nanopartikler i form av kjerne størrelser. Siden mikrobølge frembringe en rask oppvarming, frekvensen av kjernedannelses økning i forhold til andre metoder som gir mindre størrelser i kjernen av nanopartikler. Men partiklene fremdeles frem god krystallinitet som er vist på TEM-bilder hvor gitteret frynser på Fe 3 O 4 kjerner kan tydelig sees (fig 1a, b). Annet viktig trekk ved fremgangsmåten er reproduserbarheten. Etter fire repetisjoner av syntesen azelainsyre-IONP, de samme resultatenei hydrodynamisk størrelse og fordeling ble erholdt (figur 1d).
Etter funksjon, ble Ca 2+ bindende egenskaper på grunn av bisfosfonater stede i neridronate nanopartikler sjekket ruger disse nanopartiklene med ulike mengder av Ca 2+. Det ble vist at T 2 avslapping tidsintervallene lineært med mengden av Ca 2+ og inkubasjonstiden på grunn av dannelsen av klynger av nanopartikler, mens nanopartikler uten Ca2 + var stabil (figur 1E), i overensstemmelse vår første hypotese.
In vivo MRI-eksperimenter ble utført i 48 uker gammel ApoE - / - mus. Carotis og abdominal aorta basale bildene ble først tatt. Lesjon på grunn av dannelsen av aterosklerotisk plakk kan tydelig ses. Deretter ble 100 pl (1 mg [Fe] -1 ml (figur 2), en time etter injeksjon signalet danne plakk er hypointense i forhold til basal bildene. Valg av to ROIs (region av interesse) tillater kvantifisering av den intensitetssignalet i lesjonen område for sammenligningen mellom basal og 1 time etter injeksjon bilder. Plakk til muskel-forhold er signifikant forskjellig mellom dem (p <0,05, figur 2b).
I tillegg ble signal i leveren overvåkes hos mus etter injeksjon av 100 ul av neridronate nanopartikler for å vurdere om reduksjon av intensiteten var på grunn av sirkulasjonen tid i blodet og ikke ved selektiv akkumulering. Som diagrammet viser (figur 2c), ble nanopartikler helt fjernet fra sirkulasjon etter 20 min bekreftet selektiv akkumuleringav neridronate nanopartikler mot aterosklerotisk plakk. Endelig ex vivo avbildning og histologi ble utført. Mus ble avlivet, og Aorta ble ekstrahert. Imaging av Aorta med og uten nanopartikler viste forskjeller i signal i avtale med in vivo eksperimenter (figur 2d).
Skjema 1:. Syntetiske trinn følges i protokollen og grunnleggende karakteristikk på hvert punkt av DLS Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 1: Characterization av nanopartikler (a) TEM bilder, ved to forstørrelser, for OA-IONP.; (B) TEM bilder, ved to forstørrelser, for Neridronate-IONP; (C) hydrodynamisk størrelse for nanopartikler OA-IONP, Azelaic acid-IONP og Neridronate-IONP; (D) hydrodynamisk størrelse for Azelainsyre-IONP i fire forskjellige syntese og (e) utskilling av T 2-relaksasjonstid i en oppløsning av Neridronate-IONP som en funksjon av tid og kalsiumkonsentrasjonen (ref TEM-protokoll: NIST - NCL Joint Assay Protocol , PCC-X, måle størrelsen på Nanopartikler Bruke transmisjonselektronmikroskopi). klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2: MR dataav plakk (a) In vivo MR av ApoE - / - mus før (øverst) og en time etter intravenøs injeksjon av Neridronate-IONP (nederst).; (B) plaque til muskel relative signalintensitet før (basal) og en time etter intravenøs injeksjon av Neridronate-IONP; (C) leveren til muskel relative signalintensitet på ulike tidspunkter etter injeksjon av Neridronate-IONP og (d) ex vivo bilder av aorta for to mus, med og uten injeksjon av nanopartikler 5. Klikk her for å se et større versjon av denne figuren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Jernoksid nanopartikler (IONP) er en av de viktigste nanomaterialer, og det har vært brukt i ulike applikasjoner fra lenge siden. Bruken av disse materialene som kontrastmiddel for magnetisk resonanstomografi (MRI) er en veletablert felt. Men rutene for syntese ofte ta flere tid og innstillingen er komplisert. På grunn av dramatisk redusere reaksjonstiden og forbedrer reproduserbarhet ved bruk av mikrobølgedrevne syntese synes å være et godt alternativ for fremstilling av høykvalitets nanopartikler. I den protokoll som er beskrevet ovenfor, er mikrobølge-teknologi blitt benyttet for syntesen av to forskjellige nanopartikler. Mikrobølgeovn gi rom for en finjustering av de viktigste parametrene som kan påvirke de endelige egenskapene til partiklene. Det er viktig å merke seg at de fysikalske egenskaper av de nanopartikler vil endre seg dersom hvilken som helst av de beskrevne betingelser endres. Siden noen kjemikalier brukes i den syntetiske prosedyren, purification trinn er kritisk for å oppnå høy kvalitet på nanopartikler.
I OA-IONP overskudd av overflateaktive midler brukes for å få tilstrekkelig stabilitet i nanopartikler. Etter syntese, tre rensetrinn er obligatoriske for å fjerne den. For syntesen azelainsyre-IONP, blir to forskjellige mikrobølgetrinn nødvendig. I det andre trinn, kan den endelige størrelsen av partiklene være innstilt fra ultra-små IONP (D h <50 nm) under anvendelse av pH = 2,9 til større hydrodynamisk størrelse (D h> 50 nm) ved bruk av fysiologisk pH. Ved rensingen av de Azelainsyre-IONP, er den mengde NaOH som brukes avgjørende. Nok mengde NaOH må tilsettes for å stabilisere nanopartikler, men også mange NaOH kan desorbere det overflateaktive middel fra nanopartiklene rende ustabilt materiale.
Vanligvis IONP besitte kort sirkulasjonstid i blod, som er en av de viktigste ulemper. For sin anvendelse som kontrastmiddel, nanopartikler må CIRformet, nok tid i blod for å nå det ønskede området. For å øke sirkulasjonen tid i blodet ulike tilnærminger er klassisk utført. Disse strategiene er i hovedsak basert på festingen av et pegylert del som grad sirkulasjonen tiden av nanopartikler. Imidlertid, i tilfelle av Neridronate-IONP, er akkumulering stilles meget hurtig. Bruken av en aminobisphosphonate som biomolekyl på nanopartikler for å målrette atheroma plakk er et nytt konsept basert på kalsium egenskapene til slike forbindelser. En oppkonsentrering i lesjonen område på mindre enn en time demonstrerer den høye affiniteten av Neridronate-IONP mot kalsium som inneholdes i ateroma plakk.
For visualisering av atheroma plakk, er mange avanserte bildeteknikker vanligvis ansatt. Blant dem, positronemisjonstomografi (PET) og MRI er de mest standardiserte teknikker. PET gir de beste resultatene i form av funksjonell informasjon på grunn av høy følsomhet ogMR de beste resultatene i anatomisk informasjon på grunn av den høye oppløsningen. Selv om PET kan være en ideell mulighet for å følge en syntetisk probe, løsning av denne teknikken i små dyr (~ 1 mm) begrenser dens anvendelse for å visualisere mindre forkalkninger i aterosklerotiske lesjoner. MR er et ideelt alternativ som gir bedre oppløsning (~ 0,1 mikrometer). Den nedre følsomheten av denne teknikken ikke unngår visualisering av kontrastmidlet i interessen regionen og bedre oppløsning gjør det mulig å identifisere små forkalkninger. I tillegg viser resultatene at kombinasjonen av den unike rask akkumulering av Neridronate-IONP med høy oppløsning på MRI er en ideell situasjon for deteksjon av atheroma plaque i små dyr.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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).
