Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

СВЧ-приводом Синтез оксида железа наночастицами для быстрого обнаружения Атеросклероз

Published: March 22, 2016 doi: 10.3791/53472
Automatic Translation
1,2, 1,2, 1
1Advanced Imaging Unit, Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares Carlos III and CIBER de Enfermedades Respiratorias, 2Universidad Complutense de Madrid

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.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Приготовление реагентов

  1. Готовят 1 мМ HEPES-буфера растворением 23,8 мг HEPES в 100 мл дистиллированной воды. Доводят рН до 7.
  2. Готовят 10% раствором NaHSO 3 , раствор 10 г NaHSO 3 в 100 мл дистиллированной воды. Смесь перемешивают в течение 15 мин.
  3. Готовят NaOH раствор растворением 1 г NaOH в 100 мл воды. Смесь перемешивают в течение 10 мин.
  4. Готовят 10 мМ фосфатного буфера растворяя 600 мг NaH 2 PO 4 в 1 л воды. Добавить тщательно 0,34 мл фосфорной кислоты и перемешивают в течение 30 мин. Доводят рН до 2,9 (диапазон приема 2,7-3,0).
  5. Готовят 10 мМ фосфатного буфера роспуске 269 мг NaH 2 PO 4 и 1,09 г Na 2 HPO 4 в дистиллированной воде , чтобы объем 1 л Доводят рН до 7,2.

2. Синтез олеиновой кислоты Покрытые Наночастицы (ОА-IONP)

  1. В микроволновой адаптированной колбу добавляют 0,5 г Fe (АРКГА) 3, 1,4 мл OleiC кислоты, 0,6 мл олеиламином и 1,19 г 1,2-hexadodecanediol. Добавьте 10 мл фенилового эфира осторожно через стенке колбы с помощью градуированной пипетки.
  2. Представьте колбу в микроволновом реакторе и начать микроволновую протокол.
    Примечание: СВЧ программное обеспечение позволяет выбрать величину для различных параметров, таких как температура, давление, скорость перемешивания, мощности и времени реакции. Кроме того, он имеет возможность загрузить три различных этапа в том же протокол, разрешающий перестраиваемый синтез. После запуска загружен синтетический протокол, микроволновая печь нагревает образец как можно быстрее (процесс скорость) и поддерживает его в течение выбранного времени реакции (процесс запущен). Выборы власти определяет время линейного изменения.
  3. Загрузить динамическое исследование в микроволновой печи. Протокол содержит три этапа:
    1. Этап 1: установить температуру до 60 ° С, время 2 мин, давление 250 фунтов на квадратный дюйм и 150 Вт мощности. Скорость Перемешать должна быть в верхнем положении и максимальной мощности в положение ON.
    2. оленье 2: установить температуру до 200 ° С, время 20 мин, давление 250 фунтов на квадратный дюйм и 300 Вт мощности. Скорость Перемешать должна быть в верхнем положении и максимальной мощности в положение ON.
    3. Этап 3: установите температуру до 250 ° С, время 10 мин, давление 250 фунтов на квадратный дюйм и 300 Вт мощности. Скорость Перемешать должна быть в верхнем положении и максимальной мощности в положение ON.
  4. После завершения протокола, позволяют колбу остыть при комнатной температуре.
    Примечание: Охлаждение процесс может быть сделано с или без газового потока. В обоих случаях обеспечивают одинаковые результаты. Заполнители появляются в баре размешать и в стенке колбы, промойте его этанола и положить его на Эрленмейера.
  5. Перенесите реакционную смесь в колбу Эрленмейера с помощью стеклянной пипетки и добавляют 10 мл 98% этанола. Поместите магнит на основе Nd-Nb-B ниже колбы, подождать 5 минут и удалить супернатант со стеклянной пипеткой.
  6. Добавляют 10 мл этанола, разрушать ультразвуком образца при комнатной температуре в течение 2 мин и 40 кГц, поместить образец на магнит и устранить супернатант. Повторите этот шаг в МООт три раза.
  7. Дисперсные олеиновую наночастиц в 30 мл CHCl 3 и разрушать ультразвуком при 40 кГц в течение 5 мин при комнатной температуре. Проверьте гидродинамический размер в Zetasizer в соответствии с инструкциями изготовителя. Поместите 0,5 мл ОА-IONP в стеклянной кювете и добавляют 0,5 мл CHCl 3. Диапазон Прием 7-10 нм выражается как Z-средний размер интенсивности.
    Примечание: ОА-IONP может быть хорошо диспергирована в гексане.

3. Синтез азелаиновой кислоты наночастицами (Азелаиновой кислота-IONP)

  1. Растворить 44,3 мг KMnO 4 и 150,4 мг BTACl в смеси H 2 O: CHCl 3 (3: 2 мл). Добавьте полученный раствор к 5 мл аликвоты ОА-IONP в микроволновой адаптированный колбу.
  2. Запустите протокол СВЧ для азелаиновая-IONP. Заданное значение температуры при 105 ° С, время 9 мин, давление 250 фунтов на квадратный дюйм и мощности при 300 Вт положить 10 мл фосфатного буфера с рН = 2,9 в колбу и повторите микроволновую протокол. После стадии охлаждения, восстановить наночастицыс помощью магнита и устранить супернатант.
  3. Добавляют 5 мл 10% -ного раствором NaHSO 3 в колбу Эрленмейера, разрушать ультразвуком при 40 кГц в течение 2 мин при 25 ° С, собирают частицы с помощью магнита и устранить супернатант. (Шаг повторяется 2 раза.) Промыть Наночастицы еще три раза с 1% -ным раствором NaOH и, наконец, повторно диспергировать его в 5 мл фосфатного буфера с рН = 7,2.
  4. Проверьте гидродинамический размер и дзета-потенциал. Поместите 0,7 мл Azelaic-IONP в одноразовом сложенной капиллярного ячейки и вставить его на Zetasizer.
    Примечание: Диапазон принятых для размера 25-35 нм выражается как Z-средний размер интенсивности. Диапазон принятых для Z-потенциал -45 ± 5 мВ. Более крупные наночастицы (~ 70 нм) могут быть получены с помощью фосфатного буфера с рН> 7 вместо того, чтобы рН = 2,9 (исх Хим Eur J 2008).

4. Синтез Neridronate наночастицами (Neridronate-IONP)

  1. Добавьте 12 мг EDC и 15 мг сульфо-NHS ​​в центрифуге с 2 мл аликвоты Azelaic-IONP. Положилсмесь в вихревом потоке при комнатной температуре в течение 35 мин.
  2. Поместите магнит ниже центрифуге, чтобы дестабилизировать наночастицы, аспирата супернатант и промыть частицы с 1,5 мл HEPES 1 мМ рН = 7 буфера. (Повторите этот шаг в два раза.) Затем добавляют 5 мг neridronate и взболтать смесь в вихре в течение 2 часов.
  3. Отдельные наночастицы с магнитом и промывка (3 х 2 мл) с 1 мМ HEPES рН = 7 буфера. И, наконец, дисперсных Neridronate-IONP в 2 мл 1 мМ HEPES рН = 7 буфера.
  4. Проверьте гидродинамический размер и дзета-потенциал. Поместите 0,7 мл Neridronate-IONP в одноразовом сложенной капиллярного ячейки и вставить его на Zetasizer (см установку оборудования).
    Примечание: Диапазон принятых для размера 40-45 нм выражается как Z-средний размер интенсивности. Диапазон принятых для Z-потенциал -20 ± 5 мВ.

5. В Vivo Обнаружение атеромы Налет в АроЕ - / - мышей с помощью МРТ

  1. Подготовка к МРТ Приобретение
    Примечание: Несколько бывшихНеобходимы тра системы для экспериментов на животных. Таким образом, это потребует:
    1. Используйте соответствующее оборудование для анестезии животных.
    2. Получить замкнутый контур циркуляции теплой воды системы с внешним теплым воздухом, чтобы поддерживать температуру животного стабильной.
      Примечание: В этом случае совместимая система мониторинга и литниковой МРТ регистрирует температуру животного внутри магнита МРТ.
    3. Контролировать внешнюю температуру в непосредственной близости от животного, тело (ректального термометра) температура животного, датчик дыхания, расположенный под тела животного вблизи грудной полости с использованием интегрированного интерфейса в консоли MRI.
  2. МРТ Эксперимент
    1. Обезболить животных с испарившейся изофлуран (2% для индукции в течение двух-трех минут и 1-1,5% для поддержания во время эксперимента МРТ) с кислородной линии 100%.
    2. Место животное в центре магнита с помощью приобретения профиля.
    3. После этапа 5.2.2, настроить ВЧ катушки до 300 МГц (7 T) резонансной частоты и соответствует волновому сопротивлению катушки до 50 Ом для оптимального приема сигнала.
      Примечание: Обратите внимание на внешней проводки и соединений, идущих к измерительной системе через адаптер / сплиттер к каждой части катушки передатчика по отдельности (в нашем случае это был квадратурная катушка).
    4. После настройки и согласования катушки, штекер катушки в сканер.
    5. Для калибровки РЧ импульсов (форма и длина) и центральной подстройки частоты выполнять как калибровку импульса и центра частоты вручную. Выполните настройку на 90 ° калибровки импульса, грубая подкладок (смотри ниже), центральная частота и усиление приемника вручную.
    6. Выполнить точное положение с помощью градиента эхо (FLASH или GRE) локализатор сканирования (3 самолета разведчика приобретение: осевые, корональной и сагиттальной, называемый также tripilot.
    7. Выполните магнит прокладок, чтобы оптимизировать однородность магнитного поля в ЕКСтер магнита. Выполните этот шаг вручную (см 5.2.3) с использованием последовательности FID один или одиночный импульс и регулировки первого и второго порядков прокладок или любой автоматической последовательности шиммирования включены в систему
      Примечание: Хорошо подкладками магнитное поле легко распознается и измеряется T2 * (как больше, тем лучше) или узкой FWHM спектров.
  3. МРТ сбора данных о Налет 5
    1. Вводят 100 мкл (1 мг [Fe] мл -1) наночастиц neridronate внутривенно в хвостовую вену и получать изображения 1 ч после инъекции. Загрузка параметров для приобретения МРТ атеросклеротической бляшки, глядя на брюшной аорты (почечная бифуркаций).
    2. Положите мульти-ломтик, от 10 до 20 срезов в режиме с чередованием, чтобы свести к минимуму артефакты.
    3. Приобретать с высокой разрешающей способностью быстро спиновое эхо T1-взвешенной МРТ в корональной или осевого зрения со следующими параметрами: FOV 60 х 30 мм (корональных), 30 х 30 мм (осевое), ломтик толщиной 0,8 мм (с катушкой со малым градиентомnfiguration это может быть уменьшено до 0,6 мм), 400 мс TR, 8 мс, TE 256 х 256 сбора и матрицы восстановления данных, 6 (большой градиент) в среднем 8 (малый градиент) для сигнала 5-8 мин Среднее время.
      Примечание: TE имеет особенно важное значение и присутствие сигнала в крови и потока и химических артефактов сдвига, которые могут ограничить применение. В этих случаях течь нечувствительным быстро спинового эха T2-IR может помочь уменьшить артефакты и приобретение дополнительных данных в том же месте может помочь охарактеризовать бляшку. Кроме того, импульс может предварительное насыщение быть использованы для уменьшения жировой ткани вокруг артериальной стенки для лучшего разграничения внешней границы стены и химического сдвига уменьшения артефактов.
    4. Передача изображений с использованием стандартного формата , такие как DICOM и представление в соответствующее программное обеспечение (например , OsiriX визуализации программного обеспечения или амидные: Medical Imaging Examiner данных) 5. Количественно эффект контраста вручную ограничивающую весиСель площадь, толщина стенки, площадь светового потока и бремя бляшки 5.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

В этом протоколе, синтез трех различных IONP описана. Начиная с гидрофобной ОА-IONP, водные стабильные наночастицы получают с помощью СВЧ-приводом синтеза. Все наночастицы представлены сверкомпактная гидродинамическая размер (Dh <50 нм) в очень узкое распределение по размерам (рис. 1в) Использование микроволновой технологии делает сверхмалые наночастицы с точки зрения основных размеров. Поскольку микроволновой печи производят быстрый нагрев, скорость увеличения нуклеации по сравнению с другими методиками, дающих меньшие размеры в ядре наночастиц. Однако частицы все еще ​​представляют превосходную кристаллическую структуру, как показано на ПЭМ изображениях , где решетки кисточки на ядрах Fe 3 O 4 может быть хорошо видно (рис 1а, б). Другим важным аспектом метода является воспроизводимость. После четырех повторений синтеза азелаиновой кислоты-IONP, те же самые результатыв гидродинамическом размера и распределения были получены (рис 1D).

После функционализации, Са 2+ связывания свойствами благодаря бисфосфонатов , присутствующих в наночастицах neridronate проверялись инкубирования этих наночастиц с различными количествами Са 2+. Было показано , что приращения T 2 времени релаксации линейно с количеством Са 2+ и времени инкубации за счет образования кластеров наночастиц , тогда как наночастицы без Ca 2+ остается стабильным (рис 1E), соответствуя нашей первоначальной гипотезы.

В естественных условиях экспериментов МРТ проводили в течение 48 недель старый АроЕ - / - мышей. Сонных артерий и брюшной аорты базальные изображения впервые были приняты. Поражение из-за образования атеросклеротических бляшек может быть хорошо видно. Затем 100 мкл (1 мг [Fe] мл -1 (фиг.2), через 1 час после инъекции сигнал формируют налет hypointense по сравнению с базальными изображений. Выбор из двух трансформирования (область интереса) позволяет количественно оценить сигнал интенсивности в зоне поражения для сравнения между базальной и изображений после инъекции 1 час. Доска соотношение мышц значительно отличается между ними (р <0,05, рис 2b).

Кроме того, сигнал в печени контролировали у мышей после инъекции 100 мкл наночастиц neridronate для оценки, если уменьшение интенсивности было связано с временем циркуляции в крови и не путем селективного накопления. Как видно из графика (рис 2с), наночастицы были полностью очищены от циркуляции через 20 мин , подтверждающий избирательное накоплениеиз neridronate наночастиц в сторону атеросклеротической бляшки. Были выполнены Final ех естественных изображений и гистологии. Мыши были умерщвлены и Аорты извлечены. Визуализация аорте с и без наночастиц показали различия в сигнале в согласии с экспериментами в естественных условиях (рис 2d).

Схема 1

Схема 1:. Синтетические шаги следуют в протоколе и основные характеристики в каждой точке DLS Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 1
Рисунок 1: Чараcterization наночастиц (а) ПЭМ - изображения, при двух увеличениях, для ОА-IONP. (Б) ПЭМ - изображения, на двух увеличениях, для Neridronate-IONP; (С) гидродинамический размер наночастиц OA-IONP, азелаиновая кислота-IONP и Neridronate-IONP; (D) гидродинамический размер для азелаиновая-IONP в четырех различных синтеза и (е) эволюции Т времени 2 релаксации в растворе Neridronate-IONP в зависимости от времени и концентрации кальция (исх протокол ТЕМ: NIST - NCL Объединенный Протокол анализа , PCC-X, Измерение размеров наночастиц с помощью просвечивающей электронной микроскопии). Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

фигура 2
Рисунок 2: МРТ данныебляшки (а) В естественных условиях МРТ АроЕ - / - мыши до (вверху) и один час после внутривенного введения Neridronate-IONP (внизу). (Б) доска относительной интенсивности сигнала мышцы до (базальной) и один час после внутривенного введения Neridronate-IONP; (С) печень относительной интенсивности сигнала мышц в различные моменты времени после инъекции Neridronate-IONP и (г) Экс естественных изображений аорты для двух мышей, с и без введения наночастиц 5. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы увидеть увеличенную версия этой фигуры.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

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, пути синтеза часто принимают несколько раз и установка сложна. Из-за резко сократить время реакции и улучшает воспроизводимость использование СВЧ-управляемый синтез, как представляется, является хорошей альтернативой для производства высококачественных наночастиц. В протоколе, описанном выше, СВЧ-технология используется для синтеза двух разных наночастиц. Микроволновая печь позволяет для тонкой настройки основных параметров, которые могут повлиять на конечные характеристики частиц. Важно отметить, что физические свойства наночастиц изменится, если какой-либо из описанных условий изменяются. Так как некоторые химические вещества используются в синтетической процедуре purificatioп шагов имеют решающее значение для получения наночастиц высокого качества.

В ОА-IONP избытка поверхностно-активных веществ используются для того, чтобы получить достаточную стабильность в наночастицах. После синтеза три стадии очистки являются обязательными для его удаления. Для синтеза азелаиновой кислоты-IONP, две различные стадии СВЧ требуются. На втором этапе, конечный размер частиц может быть настроена с сверхмалого IONP (D ч <50 нм) с использованием рН = 2,9 с целью большего гидродинамического размера (D H> 50 нм) с использованием физиологического рН. В очищении азелаиновой кислоты-IONP, количество NaOH использовали имеет важное значение. Достаточное количество NaOH должен быть добавлен для стабилизации наночастиц, однако слишком много NaOH, может десорбцию поверхностно-активное вещество из наночастиц, оказывающих нестабильный материал.

Как правило, обладают IONP короткое время циркуляции в крови, который является одним из главных недостатков. Для его использования в качестве контрастного вещества, наночастицы должны CIRculate достаточно времени в крови, чтобы достичь желаемой области. Для увеличения времени циркуляции в крови различные подходы классически осуществляется. Эти стратегии основаны главным образом на прикрепление пегилированного фрагмента постольку время циркуляции наночастиц. Тем не менее, в случае Neridronate-IONP, накопление производится очень быстро. Использование aminobisphosphonate в качестве биомолекулы на наночастицах целевой атеромы бляшки является новая концепция, основанная на возможностях кальция этих типов соединений. Его накопление в зоне поражения менее чем за час демонстрирует высокое сродство Neridronate-IONP в отношении кальция, содержащегося в атеромы бляшки.

Для визуализации атеромы бляшки, обычно используют многие передовые методы визуализации. Среди них, позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) и МРТ являются наиболее стандартизованными методами. ПЭТ дает наилучшие результаты с точки зрения функциональной информации из-за высокой чувствительности иМРТ лучшие результаты в анатомической информации из-за высокого разрешения. Хотя ПЭТ может быть идеальным вариантом, чтобы следовать синтетический зонд, разрешение этой техники в мелких животных (~ 1 мм) ограничивает его применение для визуализации небольших кальцификации в атеросклеротических поражений. МРТ является идеальной альтернативой обеспечивая более высокое разрешение (~ 0,1 мкм). Более низкая чувствительность этого метода не исключает визуализации контрастного агента в процентной области и более высокое разрешение позволяет идентифицировать мелкие обызвествления. Кроме того, результаты показывают, что сочетание уникального быстрого накопления Neridronate-IONP с высоким разрешением МРТ является идеальным сценарием для обнаружения атеромы бляшек у мелких животных.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Patel, D. N., Bailey, S. R. Nanotechnology in cardiovascular medicine. Catheter. Cardiovasc. Interv. Off. J. Soc. Card. Angiogr. Interv. 69, 643-654 (2007).
  2. 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).
  3. Lee, D. E., et al. Multifunctional nanoparticles for multimodal imaging and theragnosis. Chem. Soc. Rev. 41, 2656 (2012).
  4. Osborne, E. A., et al. Rapid microwave-assisted synthesis of dextran-coated iron oxide nanoparticles for magnetic resonance imaging. Nanotechnology. 23, (2012).
  5. Pellico, J., et al. Microwave-driven synthesis of bisphosphonate nanoparticles allows in vivo visualisation of atherosclerotic plaque. RSC Adv. 5, 1661-1665 (2015).
  6. 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).
  7. Gupta, A. K., Gupta, M. Synthesis and surface engineering of iron oxide nanoparticles for biomedical applications. Biomaterials. 26, 3995-4021 (2005).
  8. 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).
  9. 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).
  10. Osborne, E. A., et al. Rapid microwave-assisted synthesis of dextran-coated iron oxide nanoparticles for magnetic resonance imaging. Nanotechnology. 23, 215602 (2012).
  11. 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).
  12. Drake, M. T., Clarke, B. L., Khosla, S. Bisphosphonates: mechanism of action and role in clinical practice. Mayo Clin Proc. 83, 1032-1045 (2008).
  13. Devogelaer, J. P. Treatment of bone diseases with bisphosphonates, excluding osteoporosis. Curr. Opin. Rheumatol. 12, 331-335 (2000).
  14. 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).
  15. Sun, S., Zeng, H. Size-Controlled Synthesis of Magnetite Nanoparticles. J. Am. Chem. Soc. 124, 8204-8205 (2002).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).

Tags

Биоинженерия выпуск 109 наночастицы оксида железа СВЧ-синтеза бисфосфонаты отложения кальция магнитно-резонансная томография атеромы бляшки.
СВЧ-приводом Синтез оксида железа наночастицами для быстрого обнаружения Атеросклероз
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Pellico, J., Ruiz-Cabello, J.,… More

Pellico, J., Ruiz-Cabello, J., Herranz, F. Microwave-driven Synthesis of Iron Oxide Nanoparticles for Fast Detection of Atherosclerosis. J. Vis. Exp. (109), e53472, doi:10.3791/53472 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter