Waiting
Login processing...

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

Biology

סינתזה של 68המשחק מסטול-הליבה תחמוצת ברזל חלקיקים עבור כפול טומוגרפיית פליטת פוזיטרונים/דימות תהודה מגנטית (T1)

Published: November 20, 2018 doi: 10.3791/58269
Automatic Translation
1, 2, 1, 3
1Nanobiotechnology, Molecular Imaging and Metabolomics Lab, Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares Carlos III (CNIC), 2CIC biomaGUNE and CIBER de Enfermedades Respiratorias (CIBERES). Ikerbasque, Basque Foundation for Science, Universidad Complutense de Madrid (UCM), 3Advanced Imaging Unit, Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares Carlos III (CNIC), CIBER de Enfermedades Respiratorias (CIBERES)

Summary

כאן, אנו מציגים את פרוטוקול כדי להשיג68Ga מסטול-הליבה תחמוצת ברזל חלקיקים באמצעות מונחי מיקרוגל מהר סינתזה. המתודולוגיה רינדור PET/חלקיקים MRI (T1) עם radiolabeling יעילות גבוהה יותר 90% וטוהר רדיוכימי 99% ב- 20-מין סינתזה.

Abstract

כאן, אנו מתארים סינתזה מיקרוגל להשיג חלקיקי תחמוצת ברזל הליבה-מסטול עם 68מיקרוגל ga. הטכנולוגיה מאפשרת מהר ונהלים סינתטית לשחזור. במקרה זה, החל מ- FeCl3 וציטראט trisodium מלח, חלקיקי תחמוצת ברזל מצופה עם חומצה ציטרית מתקבלים תוך עשר דקות במיקרוגל. חלקיקים אלה מציגים בגודל קטן הליבה של 4.2 ± 1.1 nm וגודל hydrodynamic של 7.5 ± 2.1 ננומטר. יתר על כן, יש להם ערך גבוה אורכית relaxivity (r1) של 11.9 מ מ-1·s-1 וערך relaxivity ואלכסוני צנוע (r2) של 22.9 מ מ-1·s-1, דבר המתבטא-r נמוך2 /r1 יחס של 1.9. ערכים אלה מאפשרים דור ניגודיות חיובי דימות תהודה מגנטית (MRI) במקום ניגוד שלילי, נפוץ עם חלקיקי תחמוצת ברזל. בנוסף, אם • תנאי 68GaCl3 מ 68ג ' נרל אלקטריק /68Ga מחולל מתווסף חומרי המוצא, ננו-radiotracer עם 68המשחק מסטול מתקבל. המוצר מתקבל עם תשואה גבוהה radiolabeling (> 90%), ללא קשר הפעילות הראשונית בשימוש. יתר על כן, צעד בודד טיהור רינדור של הננו-radiomaterial מוכן להיות בשימוש ויוו.

Introduction

השילוב של טכניקות הדמיה למטרות רפואיות עורר בחיפוש אחר שיטות שונות לסנתז רגשים עם מודאלים מרובים1,2,3. בשל הרגישות של טומוגרפיית פליטת פוזיטרונים (PET) סורקים את הרזולוציה המרחבית של MRI, PET/MRI שילובים נראה אחת האפשרויות הכי אטרקטיבי, מתן מידע אנטומי פונקציונלי באותו זמן4. ב- MRI, T2-רצפים משוקלל יכולים לשמש, הכהיה הרקמות שבו הם נצברים. T1-רצפים משוקלל עשוי לשמש גם, בהפקת התבהרות של מיקום הצטברות ספציפי5. ביניהם, ניגודיות חיובית לעתים קרובות האפשרות המתאים ביותר, כמו ניגודיות שלילי עושה את זה הרבה יותר קשה להבדיל בין האות מאזורים hypointense אנדוגני, כולל אלה לעיתים קרובות שהוצגו על ידי איברים כגון הריאות6. באופן מסורתי, יש כבר מועסקים מבוסס-Gd הגששים מולקולרית כדי לקבל חדות חיובי. עם זאת, Gd מבוססי סוכנים בניגוד מציגים חיסרון גדול, כלומר את הרעילות שלהם, אשר חיוני בחולים עם בעיות עם הכליות-7,-8,-9. יש מחקר מוטיבציה בסינתזה של חומרים מסתיימים לשימוש שלהם כסוכני ניגודיות1 T. גישה מעניינת הוא השימוש של תחמוצת ברזל חלקיקים (IONPs), עם גודל קטן מאוד הליבה, המספקים ניגודיות חיובית10. עקב הגרעין קטן מאוד (~ 2 ננומטר), ברוב של3 + יונים נמצאים על פני השטח, עם 5 אלקטרונים אינטראקצית בכל פה. פעולה זו מגדילה את ערכי בזמן רגיעה האורך (r1) ולהוריד תשואות הרבה מנוגדים/האורך (r2/r1) יחסי לעומת IONPs המסורתי, בהפקת יבויחה הרצוי לעומת זאת11.

כדי לשלב את IONPs עם פולט פוזיטרון עבור חיית המחמד, יש שתי בעיות מפתח לקחת בחשבון: הבחירות radioisotope ו ננו-חלקיק radiolabeling. בנוגע לנושא הראשון, 68Ga הוא בחירה מפתה. יש תוחלת חיים קצרה יחסית (67.8 דקות). זמן מחצית החיים שלה מתאים פפטיד תיוג מאז שהוא תואם משותף פפטיד biodistribution פעמים. יתר על כן, 68Ga מיוצר גנרטור, נמנע הצורך ציקלוטרון בקרבת מקום12,13,14וקובע את הסינתזה במודולים ספסל. על מנת radiolabel של ננו-חלקיק, תיוג משטח ההתאגדות radioisotope יש האסטרטגיה ונפוצים. ניתן לבצע זאת בעזרת ליגנד זה chelates 68Ga או מנצל זיקתו של radiometal לכיוון פני השטח של ננו-חלקיק. רוב הדוגמאות בספרות בנוגע IONPs משתמשים chelator. יש דוגמאות של שימוש ליגנדים אורגנית כגון חומצה 1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetraacetic (דוטה)15,16,(NOTA) חומצה 1,4,7-triazacyclononane-1,4,7-triacetic171,4,7- triazacyclononane 1-glutaric חומצה חומצה-4, 7-אצטית (NODAGA)18, השימוש של 2, 3-dicarboxypropane-1, 1-diphosphonic חומצה (למל מ), ליגנד tetradentate 19. . Madru et al. 20 שפותחה chelator נטולת אסטרטגיה בשנת 2014 תווית IONPs באמצעות שיטה ללא chelator בשימוש על ידי אחר לקבץ posteriorly21.

עם זאת, החסרונות העיקריים של גישה זו כוללות סיכון גבוה של transmetalation ויוו , נמוך התשואות radiolabeling ופרוטוקולי ממושך מתאים איזוטופים קצרת ימים22,23,24. מסיבה זו, וונג. et al. 25 פיתח את הדוגמא הראשונה של חלקיקים מסטול-ליבה, ניהול לשלב 64Cu הליבה של IONPs ב 5-מין סינתזה באמצעות טכנולוגיית מיקרוגל.

כאן, אנו מתארים הליך מהיר ויעיל כדי לשלב את רדיונוקלידים הליבה של ננו-חלקיק, להתחמק רבים החסרונות שהוצגו על ידי שיטות מסורתיות. למטרה זו, אנו מציעים את השימוש מונחי מיקרוגל סינתזה (MWS), אשר מפחיתה משמעותית את זמני התגובה, מגביר את התשואות ומגביר את הפארמצבטית, חשובה ביותר בפרמטרים סינתזה IONP. הביצועים מעודן של MWS הוא עקב חימום דיאלקטרי: דגימה מהיר חימום הדיפולים מולקולרית מנסים להתיישר עם השדה החשמלי לסירוגין, להיות ממיסים קוטבי, ריאגנטים יעיל יותר עבור סוג זה של סינתזה. בנוסף, השימוש של חומצה ציטרית חומרים פעילי שטח, יחד עם מיקרוגל טכנולוגיה, התוצאה היא חלקיקים קטן מאוד, בהפקת T כפול1-משוקלל אות26 MRI/חיית המחמד, במסמך זה מסומן בתור תחמוצת ברזל הליבה המשחק מסטול 68 חלקיקים (68Ga-C-IONP).

הפרוטוקול משלב השימוש בטכנולוגיה מיקרוגל, 68GaCl3 פולט פוזיטרון, ברזל כלוריד, סודיום ציטרט ו מימה הידרזין, וכתוצאה מכך T כפול1-משוקלל MRI/PET nanoparticulate בחומר בקושי 20 דקות. יתר על כן, זה מניב תוצאות עקביות על טווח של 68פעילויות Ga (37 MBq, 111 MBq, 370 MBq ו 1110 MBq) ללא תופעות משמעותיות על מאפיינים physicochemical הראשי של חלקיקים. הפארמצבטית של השיטה באמצעות פעילויות Ga גבוהה 68מרחיב בתחום היישומים האפשריים, כולל מודלים בעלי חיים גדולים או מחקרים בבני אדם. בנוסף, יש שלב טיהור יחיד כלולים השיטה. בתהליך, יש עודף של גליום חינם, ברזל כלוריד סודיום ציטרט, מימה הידרזין יוסרו על ידי סינון ג'ל. איזוטופ חינם הכולל חיסול והטוהר של המדגם להבטיח לא רעילות ולשפר את הרזולוציה הדמיה. בעבר, אנחנו שכבר הדגמתי את התועלת של גישה זו יישוב מולקולרית הדמיה27,28.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. מגיב הכנה

  1. 0.05 M HCl
    1. להכין 0.05 M HCl על-ידי הוספת µL 208 של 37% ב- HCl כדי 50 מ ל מים מזוקקים.
  2. כרומטוגרפיה נוזלית ביצועים גבוהים eluent
    1. להכין ביצועים גבוהים כרומטוגרפיה נוזלית (HPLC) eluent על ידי המסת 6.9 גר' נתרן dihydrogen פוספט מונוהידראט, g 7.1 של ניתרן פוספט, 8.7 g של נתרן כלורי ו- 0.7 גר' אזיד הנתרן ב- 1 ליטר של מים. מערבבים היטב, לבדוק את ה-pH. להעביר את eluent דרך מסנן סטרילי הקיצוץ 0.1-מיקרומטר, דגה לפני השימוש. טווח קבלה: pH 6.2-7.0 (אם לא, להתאים עם NaOH [1 מ'] או HCl [5 מ']).

2. סינתזה של חלקיקי תחמוצת ברזל מצופה ציטראט

  1. להמיס 75 מ ג של FeCl3·6H2O ו- 80 מ ג של חומצה ציטרית וגופרית והרכבו מלח trisodium ב 9 מ ל מים.
    הערה: כמויות אלה מספקים 12 מ של חלקיקים מטוהרים הסופי ([Fe] ~1.4 mg·mL-1). ניתן לשנות כמויות כדי לקבל נפח סופי של 2.5 מ ל.
  2. לשים את התערובת הבקבוק מותאם מיקרוגל.
  3. לטעון את פרוטוקול דינמי במיקרוגל. הגדר את הטמפרטורה 120 ° C, הפעם כדי 10 דקות, הלחץ 250 psi כוח 240 W.
  4. להוסיף 1 מ"ל של הידרזין מימה התגובה.
    הערה: הידרוקסיד הידרזין מתחיל הפחתת ברזל. לכן, שינוי המראה של הפתרון, מצהוב בהיר עד חום, הוא ציין.
  5. להפעיל את פרוטוקול מיקרוגל.
  6. בינתיים, לשטוף סינון ג'ל עמודה desalting עם 20 מ ל מים מזוקקים.
  7. מרגע סיום הפרוטוקול, תאפשר את הבקבוקון להתקרר בטמפרטורת החדר.
  8. פיפטה 2.5 מ של התערובת הסופית על העמודה ולמחוק את הזרימה דרך.
    הערה: המיקרוגל מפסיק את הפרוטוקול ב 60 מעלות צלזיוס; חלקיקים יכולים להתווסף ישירות אל העמודה סינון ג'ל ב 60 מעלות צלזיוס.
  9. להוסיף 3 מ ל מים מזוקקים לעמודה ולאסוף חלקיקים בתוך בקבוקון זכוכית.
    הערה: חלקיקים ניתן לאחסן בטמפרטורת החדר במשך שבוע. לאחר תקופה זו, צבירת nanoparticle מופיע, הגדלת גודל hydrodynamic שלהם.

3. סינתזה של 68המשחק מסטול-הליבה תחמוצת ברזל חלקיקים (68Ga-C-IONP)

  1. מכניסים הבקבוק מותאם מיקרוגל 75 מ ג של FeCl3·6H2O ו- 80 מ ג של חומצה ציטרית וגופרית והרכבו מלח trisodium.
  2. Elute 68ג ' נרל אלקטריק /68Ga גנרטור באמצעות אמצעי האחסון המומלץ ריכוז של HCl, לפי הספק (במקרה שלנו, 4 מ של 0.05 M HCl). לאחר הזריקה של אחסון זה בגנרטור מסוככים עצמית (4 מ ל) 68GaCl3 הוא שהושג, מוכן לשימוש ללא עיבוד נוסף.
    הערה: בצע את אמצעי בטיחות קרינה רדיואקטיבית המתאים עבור שלבי 3.2-3.12. 68 המשחק הוא איזוטופ פולט פוזיטרון וגמא. השימוש המתאים אמצעי הזהירות כדי למנוע חשיפה לקרינה על ידי המפעיל חיוני. חוקרים עליך לעקוב פרוטוקול ALARA (נמוך ככל השגה באופן סביר) באמצעות סיכוך טיפוסי ונהלים רדיונוקלידים טיפול. יתר על כן, השימוש של טבעת, תגי הגוף, גלאי זיהום הוא חובה.
  3. להוסיף 4 מ"ל של 68GaCl3 . הבקבוק מותאם מיקרוגל. אמצעי אחסון זה יכול להיות קטנים יותר, בהתאם לפעילות מחולל הפעילות הרצויה של חלקיקים הסופי.
  4. פיפטה 5 מ ל מים מזוקקים לתוך הבקבוק ומערבבים היטב.
  5. לטעון את פרוטוקול דינמי במיקרוגל. הגדר את הטמפרטורה 120 ° C, הפעם כדי 10 דקות, הלחץ 250 psi כוח 240 W.
  6. להוסיף 1 מ"ל של הידרזין מימה התגובה.
    הערה: הידרוקסיד הידרזין מתחיל הפחתת ברזל. לכן, שינוי המראה של הפתרון, מצהוב בהיר עד חום, הוא ציין.
  7. להפעיל את פרוטוקול מיקרוגל.
  8. בינתיים, לשטוף סינון ג'ל עמודה desalting עם 20 מ ל מים מזוקקים.
  9. מרגע סיום הפרוטוקול, תאפשר את הבקבוקון להתקרר בטמפרטורת החדר.
  10. פיפטה 2.5 מ של התערובת הסופית על העמודה ולמחוק את הזרימה דרך.
    הערה: המיקרוגל מפסיק את הפרוטוקול ב 60 מעלות צלזיוס; חלקיקים יכולים להתווסף ישירות אל העמודה סינון ג'ל ב 60 מעלות צלזיוס.
  11. להוסיף 3 מ ל מים מזוקקים לעמודה ולאסוף חלקיקים בתוך בקבוקון זכוכית.
  12. חישוב יעילות radiolabeling באמצעות גלאי מסוג טוב נאי. פרמטר זה בדרך כלל מודד את הפעילות של 68Ga שולבו התגובה. לאחר תהליכי טיהור וניקוי סינתטיים, נמדדת הפעילות של המדגם מטוהרים. בגלל מחצית החיים הקצר של 68Ga, הפעילות הראשונית יש יתוקן הזמן (t). נורמליזציה עם הזמן בעקבות הסטנדרטי למשוואה:
    NT = N0 · e-λt
    כאן,
    NT: מניית הזמן (t)
    N0: מניית הזמן (t) = 0
    Λ: דעיכה קבוע
    t: זמן שחלף
    Equation
    הערה: Radiolabeling יעילות צריך להיות בין 90% - 95%.

4. ניתוח של 68המשחק מסטול-הליבה תחמוצת ברזל חלקיקים (68Ga-C-IONP)

  1. פיזור אור דינאמי
    1. השתמש פיזור אור דינאמי (DLS) כדי למדוד את הגודל hydrodynamic של 68Ga-C-IONP. פיפטה µL 60 המדגם לתוך cuvette ולבצע שלוש מדידות גודל עבור דגימה. כדי להבטיח הפארמצבטית, זה יש לחזור עם מספר אצוות nanoparticle.
  2. Colloidal יציבות
    1. להעריך את יציבות colloidal 68Ga-C-IONP על ידי מדידת גודל המדגם hydrodynamic לאחר דגירה במאגרי שונים (PBS, תמיסת מלח ו העכבר סרום) לזמנים שונים, בטווח של 0 עד 24h. דגירה µL 500 המדגם במאגר כל-37 מעלות צלזיוס. ב שנבחר פעמים, לקחת 60-µL aliquots, pipette אותם לתוך וואקום DLS כדי למדוד את גודלם hydrodynamic.
  3. מיקרוסקופ אלקטרונים
    1. לנתח את גודל הליבה של 68Ga-C-IONP שימוש במיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים (TEM) וכהה-שדה טבעתי הדמיה (גזע-HAADF) (ref פרוטוקול TEM: NIST - NCL פרוטוקול Assay משותפת, PCC-X, מדידת גודל של חלקיקים באמצעות העברת האלקטרון מיקרוסקופ).
  4. ג'ל סינון רדיו-chromatogram...
    1. Fractionate את • תנאי לתוך aliquots 500-µL במהלך השלב ג'ל-סינון טיהור ולמדוד את הרדיואקטיביות נוכח כל אחד משתמש של activimeter; לפיכך, עיבוד של chromatogram ג'ל-סינון.
  5. רדיוכימי יציבות של 68Ga-C-IONP
    1. דגירה 68Ga-C-IONP בנסיוב העכבר במשך 30 דקות ב 37 מעלות צלזיוס (חזר 3 x). לאחר מכן, לטהר את חלקיקי מאת אולטראפילטרציה ומדידת נוכח חלקיקים, פילטרט של הרדיואקטיביות. אין פעילות שיזוהו ב filtrates שונים.
  6. Relaxometry
    1. למדוד את האורך (T1) רוחבי (T2) הרפיה בתקופות relaxometer ב- 1.5 T ו 37 מעלות צלזיוס. יש למדוד ארבע ריכוזים שונים של 68Ga-C-IONP (2 מ מ, 1 מ מ, 0.5 מ מ ו 0.25 mM). מגרש הרפיה המחירים (r1= 1/T1, r2= 1/T2) כנגד ריכוז הברזל. השיפוע של העקומה להשיג רינדור ערכי r1 ו- r2 .
  7. תמונות פנטום מר ו- PET
    1. לרכוש בחיי עיר מר (T1-משוקלל רצף) ותמונות חיות מחמד פנטום סדרת דילולים של 68Ga-C-IONP (מ מ 0 1 מ מ, 6.5 מ מ, 9.0 mM) כדי לבחון את האות הגוברת מתאם עם חיית המחמד פעילות ו MRI.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

68 Ga-C-IONP היו מסונתז על ידי שילוב של FeCl3, 68GaCl3, חומצת לימון, מים, ומעניק הידרזין. תערובת זו הוכנס במיקרוגל למשך 10 דקות על 120 ° C ו- 240 W תחת לחץ מבוקר. ברגע המדגם היה התקררה לטמפרטורת החדר, חלקיקים היו מטוהרת על-ידי סינון ג'ל כדי לחסל את unreacted מינים (FeCl3, ציטראט, מימה הידרזין) וללא 68Ga (איור 1).

הגודל hydrodynamic של 68Ga-C-IONP נמדדה באמצעות פיזור אור דינאמי (DLS). זה גילה של התפלגות גודל צר (PDI 0.2) וגודל רשע hydrodynamic 7.9 ננומטר. מדידות של חמישה syntheses שונים הוכיחה שיטת הפארמצבטית (איור 2 א). פוטנציאל זטה של מספר 68Ga-C-IONP syntheses נמדדה לנתח nanoparticle משטח הטעינה; הערך הממוצע שהתקבל היה-36.5 mV. 68 Ga-C-IONP, נדגרה בתוך מדיה שונים ב 37 מעלות צלזיוס, בזמנים שונים כדי להבטיח יציבות nanoparticle בפתרונות ביולוגיים. גודל hydrodynamic נמדדה בזמנים שונים, חשיפת 68Ga-C-IONP hydrodynamic גודל סובל ללא שינויים משמעותיים, כלומר המדגם הוא יציב מאגרים שונים, סרומים (איור 2b). בגלל החימום מהר מושגת באמצעות טכנולוגיית מיקרוגל חלקיקים להציג גדלים core קטן במיוחד של 4 nm. תמונות מיקרוסקופ אלקטרונים חשף בגדלים הליבה הומוגנית, העדר של צבירת (איור 2 c). Chromatogram סינון ג'ל של 68Ga-C-IONP מראה לשיא רדיואקטיביות העיקרי המתייחס חלקיקים, ואחריו לשיא מופחת המתאים ל חינם 68Ga (איור דו-ממדי). התשואה radiolabeling מחושב לאחר טיהור המדגם היה 92%. זו תשואה radiolabeling מעולה היה מתורגם פעילות ספציפית ביחס כמות ברזל Fe GBq/mmol 7.1. הפוטנציאל של 68Ga-C-IONP כסוכן ניגודיות MRI שנבדקה על ידי מדידת האורך (r1) ושעות מנוחה מנוגדים (r2). אלה נמדדו במשך חמש syntheses שונים 68Ga-C-IONP-37 ° C ו 1.5 ט ערך מצוין רשע r1 של 11.9 מ מ-1·s-1 ערך צנוע r2 של 22.9 מ מ-1·s-1 התקבלו, מניב ממוצע של r2/r1 יחס של 1.9, משמעות 68Ga-C-IONP הינו אידיאלי עבור T1-משוקלל MRI (2e איור). כדי לאשר השערה זו, היכולת של 68Ga-C-IONP כדי לייצר T ניגודיות1 ב אות MRI ו- PET נבדק עם רכישת תמונות פנטום PET ומר בריכוזים שונים 68Ga-C-IONP. כפי מגביר הריכוז ברזל, כך גם הניגוד חיובי בין מר פנטום. ריכוז הברזל הגוברת מרמז על הגדלת 68Ga ריכוז כמו גם; ומכאן, האות חיית המחמד הוא אינטנסיבי יותר ויותר (2f איור).

Figure 1
איור 1: שלבים סינתטיים בעקבותיו הפרוטוקול. סימנים מקדימים הוסיף בבקבוקון מיקרוגל, מוחדרים במיקרוגל על תוספת הידרזין מימה ב 120 מעלות צלזיוס למשך 10 דקות, אחרי אשר מתקבלים חלקיקים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 2
איור 2: 68אפיון Ga-C-IONP. () לוח זה מציג את התפלגות גודל hydrodynamic (נפח משוקלל) של חמישה syntheses שונים של 68Ga-C-IONP. (b) לוח זה מראה את גודל hydrodynamic (מרבי פיק בכרך, זאת אומרת ± SD) של 68Ga-C-IONP ב- PBS, מלוחים, ועכבר סרום (מ- t = 0 h כדי t = 24 שעות). (ג) אלה הם גזע-HAADF (משמאל) ותמונות (מימין) TEM של 68Ga-C-IONP. פסי בקנה מידה הם 20 ננומטר. (ד) לוח זה מראה על סינון ג'ל רדיו-chromatogram. (e) חלונית זו מציגה את האורך (r1) מנוגדים (r2) ערכים relaxivity, ו- r2/ יחסr1 עבור חמש (syntheses 68Ga-C-IONP אומר ± SD). (f) אלו תמונות פנטום מר, חיית המחמד של ריכוזים שונים 68Ga-C-IONP. (g) זוהי טבלת סיכום המאפיינים העיקריים 68Ga-C-IONP. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

חלקיקי תחמוצת ברזל הם סוכן ניגודיות לצפותו עבור T2-משוקלל MRI. עם זאת, בשל החסרונות של סוג זה של ניגודיות לאבחון של פתולוגיות מסוימות, T1-חדות משוקלל או בהירים היא המועדפת פעמים רבות. חלקיקים שהוצגו כאן לא רק להתגבר על מגבלות אלה על-ידי המציע ניגודיות חיובי ב- MRI אלא מציעים גם אות בטכניקה הדמיה תפקודית, כגון PET, דרך 68Ga התאגדות הליבה שלהם. מיקרוגל טכנולוגיה משפר זו סינתזה nanoparticle לשחזור, להפחית במידה ניכרת את זמן התגובה לסך של-20 דקות (כולל שלב טיהור). זה גם מאפשר radioisotope התאגדות בבת אחת הליבה של nanoparticle; דיכוי שלב נוסף נדרש בגישה תיוג משטח זה להרחיב במידה ניכרת את זמן התגובה. זהו יתרון גדול, במיוחד כאשר עובדים עם איזוטופים חצי-live קצר כמו 68Ga (t1/2 = 68.8 דקות). יתר על כן, התשואה radiolabeling שהושג (92%) הוא כמעט פי שלושה האחד מתקבל על ידי המחקר החלוצי הזה בגישה radiolabeling-ננו-חלקיק (וונג. et al. 25)-זה גם מייצג שיפור ניכר ביחס הגישות הקודמות, כמו פחות מ-20 דקות חלקיקים radiolabeled מהותית עם תשואה radiolabeling מעולה ניתן להשיג; לפיכך, ביטול ויוו radioisotope ניתוק או סיכונים transmetalation, להבטיח כי האות חיית המחמד שהושג מגיע הננו-radiotracer ולא חינם 68ga. זה תקל להשתמש הפוטנציאל שלהם כסוכני חדות.

כפי 68Ga-C-IONP יציבים ב תווכים שונים בטמפרטורת פיזיולוגיים, אין צבירת ויוו יתקיים; לכן מציגים דם רב במחזור פעמים. הצעד טיהור סינון ג'ל מבטלת את השבר Ga חינם 68זה לא שולבו ליבות ננו-חלקיק, המבטיח שהאות חיית המחמד מסופק לחלוטין על ידי 68Ga-C-IONP. הערך מצטיינים r1 , יחד עם ה- r2נמוך / יחסr1 , ההובג הקופתל radiolabeling ו פעילות ספציפית, יאפשר את המינון 68Ga-C-IONP הנדרש להשגת הולם אות ב PET והניגודיות של MRI כדי להיות פחתה.

הננו-radiotracer המובאת כאן מדגים השילוב של ננו-טכנולוגיה ו radiochemistry יכול לדקלם כלי חדש שיכול לשמש ויוו איתור של תהליכים ביולוגיים או פתולוגיות מגוונות בעזרת PET ו- T1- MRI משוקלל. זה כבר היה בשימוש בהצלחה זיהוי על ידי מחמד ו- MRI של אנגיוגנזה במודל מאתר באמצעות פפטיד RGD כמו פילוח moiety27. 68 Ga-C-IONP גם כבר מועסקים, בשילוב עם קולטן פפטיד formyl 1 (והאוכל-1) אנטגוניסט, אל היעד נויטרופילים זיהוי של דלקת ריאות על ידי חיית המחמד בצורה לא פולשנית28.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים אין לחשוף.

Acknowledgments

מחקר זה נתמך על ידי מענק ממשרד ספרדית עבור הכלכלה ואת התחרותיות (MEyC) (מענק מספר: SAF2016-79593-P) מ מכון המחקר הבריאות של קרלוס השלישי (להעניק מספר: DTS16/00059). CNIC הוא נתמך על ידי Ministerio דה Ciencia, Innovación y Universidades) ושל קרן CNIC Pro הוא Severo אוצ'ואה כמרכז למצוינות (MEIC זוכה פרס SEV-2015-0505).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Iron (III) chloride hexahydrate POCH 2317294
Citric acid, trisodium salt dihydrate 99% Acros organics 227130010
Hydrazine hydrate Aldrich 225819
Hydrochloric acid 37% Fisher Scientific 10000180
Sodium dihydrogen phosphate monohydrate Aldrich S9638
Disodium phosphate dibasic Aldrich S7907
Sodium chloride Aldrich 746398
Sodium Azide Aldrich S2002
Sodium dihydrogen phosphate anhydrous POCH 799200119
68Ga Chloride  ITG Isotope Technologies Garching GmbH, Germany 68Ge/68Ga generator system
Microwave Anton Paar Monowave 300
Centrifuge Hettich Universal 320
Size Exclusion columns GE Healthcare PD-10

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Jennings, L. E., Long, N. J. 'Two is better than one'--probes for dual-modality molecular imaging. Chemical Communications. (24), Cambridge, UK. 3511-3524 (2009).
  2. Lee, S., Chen, X. Dual-modality probes for in vivo molecular imaging. Molecular Imaging. 8 (2), 87-100 (2009).
  3. Louie, A. Multimodality Imaging Probes: Design and Challenges. Chemical Reviews. 110 (5), 3146-3195 (2010).
  4. Judenhofer, M. S., et al. Simultaneous PET-MRI: a new approach for functional and morphological imaging. Nature Medicine. 14 (4), 459-465 (2008).
  5. Burtea, C., Laurent, S., Vander Elst, L., Muller, R. N. Contrast agents: magnetic resonance. Handbook of Experimental Pharmacology. (185 Pt 1), 135-165 (2008).
  6. Zhao, X., Zhao, H., Chen, Z., Lan, M. Ultrasmall superparamagnetic iron oxide nanoparticles for magnetic resonance imaging contrast agent. Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 14 (1), 210-220 (2014).
  7. Cheng, W., et al. Complementary Strategies for Developing Gd-Free High-Field T 1 MRI Contrast Agents Based on Mn III Porphyrins. Journal of Medicinal Chemistry. 57 (2), 516-520 (2014).
  8. Kim, H. -K., et al. Gd-complexes of macrocyclic DTPA conjugates of 1,1′-bis(amino)ferrocenes as high relaxivity MRI blood-pool contrast agents (BPCAs). Chemical Communications. 46 (44), 8442 (2010).
  9. Sanyal, S., Marckmann, P., Scherer, S., Abraham, J. L. Multiorgan gadolinium (Gd) deposition and fibrosis in a patient with nephrogenic systemic fibrosis--an autopsy-based review. Nephrology, Dialysis, Transplantation: Official Publication of the European Dialysis and Transplant Association - European Renal Association. 26 (11), 3616-3626 (2011).
  10. Hu, F., Jia, Q., Li, Y., Gao, M. Facile synthesis of ultrasmall PEGylated iron oxide nanoparticles for dual-contrast T1- and T2-weighted magnetic resonance imaging. Nanotechnology. 22, 245604 (2011).
  11. Kim, B. H., et al. Large-Scale Synthesis of Uniform and Extremely Small-Sized Iron Oxide Nanoparticles for High-Resolution T 1 Magnetic Resonance Imaging Contrast Agents. Journal of the American Chemical Society. 133 (32), 12624-12631 (2011).
  12. Banerjee, S. R., Pomper, M. G. Clinical applications of Gallium-68. Applied Radiation and Isotopes. 76, 2-13 (2013).
  13. Breeman, W. A. P., et al. 68Ga-labeled DOTA-Peptides and 68Ga-labeled Radiopharmaceuticals for Positron Emission Tomography: Current Status of Research, Clinical Applications, and Future Perspectives. Seminars in Nuclear Medicine. 41 (4), 314-321 (2011).
  14. Morgat, C., Hindié, E., Mishra, A. K., Allard, M., Fernandez, P. Gallium-68: chemistry and radiolabeled peptides exploring different oncogenic pathways. Cancer Biotherapy & Radiopharmaceuticals. 28 (2), 85-97 (2013).
  15. Moon, S. -H., et al. Development of a complementary PET/MR dual-modal imaging probe for targeting prostate-specific membrane antigen (PSMA). Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine. 12 (4), 871-879 (2016).
  16. Kim, S. M., et al. Hybrid PET/MR imaging of tumors using an oleanolic acid-conjugated nanoparticle. Biomaterials. 34 (33), 8114-8121 (2013).
  17. Yang, B. Y., et al. Development of a multimodal imaging probe by encapsulating iron oxide nanoparticles with functionalized amphiphiles for lymph node imaging. Nanomedicine. 10 (12), 1899-1910 (2015).
  18. Comes Franchini, M., et al. Biocompatible nanocomposite for PET/MRI hybrid imaging. International Journal of Nanomedicine. 7, 6021 (2012).
  19. Karageorgou, M., et al. Gallium-68 Labeled Iron Oxide Nanoparticles Coated with 2,3-Dicarboxypropane-1,1-diphosphonic Acid as a Potential PET/MR Imaging Agent: A Proof-of-Concept Study. Contrast Media & Molecular Imaging. 2017, 1-13 (2017).
  20. Madru, R., et al. (68)Ga-labeled superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) for multi-modality PET/MR/Cherenkov luminescence imaging of sentinel lymph nodes. American Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 4 (1), 60-69 (2013).
  21. Lahooti, A., et al. PEGylated superparamagnetic iron oxide nanoparticles labeled with 68Ga as a PET/MRI contrast agent: a biodistribution study. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 311 (1), 769-774 (2017).
  22. Lee, H. -Y., et al. PET/MRI dual-modality tumor imaging using arginine-glycine-aspartic (RGD)-conjugated radiolabeled iron oxide nanoparticles. Journal of Nuclear Medicine. 49 (8), 1371-1379 (2008).
  23. Patel, D., et al. The cell labeling efficacy, cytotoxicity and relaxivity of copper-activated MRI/PET imaging contrast agents. Biomaterials. 32 (4), 1167-1176 (2011).
  24. Choi, J., et al. A Hybrid Nanoparticle Probe for Dual-Modality Positron Emission Tomography and Magnetic Resonance Imaging. Angewandte Chemie International Edition. 47 (33), 6259-6262 (2008).
  25. Wong, R. M., et al. Rapid size-controlled synthesis of dextran-coated, 64Cu-doped iron oxide nanoparticles. ACS Nano. 6 (4), 3461-3467 (2012).
  26. Osborne, E. A., et al. Rapid microwave-assisted synthesis of dextran-coated iron oxide nanoparticles for magnetic resonance imaging. Nanotechnology. 23 (21), 215602 (2012).
  27. Pellico, J., et al. Fast synthesis and bioconjugation of 68 Ga core-doped extremely small iron oxide nanoparticles for PET/MR imaging. Contrast Media & Molecular Imaging. 11 (3), 203-210 (2016).
  28. Pellico, J., et al. In vivo imaging of lung inflammation with neutrophil-specific 68Ga nano-radiotracer. Scientific Reports. 7 (1), 13242 (2017).

Tags

ביולוגיה גיליון 141 חלקיקי תחמוצת ברזל 68Ga טומוגרפיית פליטת פוזיטרונים דימות תהודה מגנטית מיקרוגל סינתזה חומצה ציטרית
סינתזה של <sup>68</sup>המשחק מסטול-הליבה תחמוצת ברזל חלקיקים עבור כפול טומוגרפיית פליטת פוזיטרונים/דימות תהודה מגנטית (T<sub>1</sub>)
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Fernández-Barahona, I.,… More

Fernández-Barahona, I., Ruiz-Cabello, J., Herranz, F., Pellico, J. Synthesis of 68Ga Core-doped Iron Oxide Nanoparticles for Dual Positron Emission Tomography /(T1)Magnetic Resonance Imaging. J. Vis. Exp. (141), e58269, doi:10.3791/58269 (2018).

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