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

Summary

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

Abstract

Hier beschrijven we een synthese van de magnetron om op te halen van ijzeroxide nanodeeltjes core-doped met ⁶⁸Ga. magnetron technologie maakt het mogelijk snel en reproduceerbare synthetische procedures. In dit geval vanaf FeCl₃ en citraat Trinatriumcitraat zout, ijzeroxide nanodeeltjes bekleed met citroenzuur worden verkregen in 10 min. in de magnetron. Deze nanodeeltjes presenteren de grootte van een kleine kern van 4.2 ± 1.1 nm en een hydrodynamische grootte van 7,5 ± 2.1 nm. Bovendien hebben zij een hoge longitudinale relaxivity (r₁) waarde van 11.9 mM^-1·s^-1 en een bescheiden transversale relaxivity-waarde (r-₂) van 22.9 mM^-1·s^-1, wat in een lage r_{2 resulteert} /r-₁ -ratio van 1.9. Deze waarden kunnen positief contrast generatie in magnetische resonantie beeldvorming (MRI) in plaats van negatieve contrast, gebruikte met ijzeroxide nanodeeltjes. Bovendien, als een elutie ⁶⁸GaCl₃ van een ⁶⁸Ge /⁶⁸Ga generator is toegevoegd aan de grondstoffen, een nano-radiotracer doped met ⁶⁸Ga wordt verkregen. Het product wordt verkregen met een hoge radiolabeling rendement (> 90%), ongeacht de oorspronkelijke activiteit gebruikt. Bovendien een interne zuivering stap maakt de nano-radiomaterial klaar om te worden gebruikt in vivo.

Introduction

De combinatie van beeldvormingstechnieken voor medische doeleinden heeft geleid tot de zoektocht naar de verschillende methoden voor het synthetiseren van multimodale sondes^1,2,3. Vanwege de gevoeligheid van positron emissie tomografie (PET)-scanner en de ruimtelijke resolutie van MRI, PET/MRI combinaties lijken te zijn een van de meest aantrekkelijke mogelijkheden, anatomische en functionele voorlichting op dezelfde tijd⁴. Bij MRI, T₂-gewogen sequenties kunnen worden gebruikt, donkerder maken van de weefsels waarin ze accumuleren. T₁-gewogen sequenties kunnen ook gebruikt worden, produceren het ophelderen van de specifieke accumulatie locatie⁵. Onder hen is positief contrast vaak de meest geschikte optie, zoals negatieve contrast het veel moeilijker om te differentiëren signaal van endogene hypointense gebieden maakt, met inbegrip van die vaak van organen zoals de longen⁶. Traditioneel, zijn Gd gebaseerde moleculaire sondes tewerkgesteld te verkrijgen van positieve contrast. Gd gebaseerde contrastmiddelen presenteren echter een belangrijk nadeel zijn, namelijk hun toxiciteit, wat cruciaal is bij patiënten met renale problemen^7,8,9. Dit heeft gemotiveerd onderzoek in de synthese van biocompatibel materiaal voor hun gebruik als T₁ -contrastmiddelen. Een interessante benadering is het gebruik van ijzeroxide nanodeeltjes (IONPs), met een grootte van de uiterst kleine kern, die positief contrast¹⁰. Als gevolg van deze uiterst kleine kern (~ 2 nm), allermeest naar de Fe^{3 +} ionen van de ondergrond, met 5 ongepaarde elektronen elke zijn. Dit verhoogt de longitudinale ontspanning (r₁) tijdwaarden en rendementen veel lagere transversal/longitudinale (r₂/r₁) ratio’s ten opzichte van traditionele IONPs, productie van de gewenste positieve contrast¹¹.

Als u wilt combineren IONPs met een positron-zender voor huisdier, zijn er twee belangrijke zaken rekening te houden: isotoop verkiezing en nanoparticle radiolabeling. Wat de eerste kwestie betreft is ⁶⁸Ga een verleidelijke keuze. Het heeft een relatief korte halfwaardetijd (67.8 min). De halfwaardetijd is geschikt voor peptide labeling omdat het overeenkomt met gemeenschappelijke peptide ook tijden. Bovendien wordt ⁶⁸Ga geproduceerd in een generator, waardoor de synthese in de bench modules en het vermijden van de noodzaak van een cyclotron in de buurt van^12,13,14. Om radiolabel de nanoparticle, is oppervlakte-labeling isotoop opneming de heersende strategie. Dit kan worden gedaan met behulp van een ligand die ⁶⁸Ga chelateert of profiteren van de affiniteit van de radiometal naar het oppervlak van de nanoparticle. De meeste voorbeelden in de literatuur over IONPs gebruiken een complexvormer. Er zijn voorbeelden van het gebruik van de heterocyclische liganden zoals 1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-Dinatriumethyleendiaminetetra zuur (DOTA)¹⁵1,4,7-triazacyclononane-1,4,7-triacetic zuur (NOTA)^16,17en 1,4,7- triazacyclononane, 1-Glutaaracidurie zuur-4,7-azijnzuur (NODAGA)¹⁸, en het gebruik van 2,3-dicarboxypropane-1,1-diphosphonic zuur (DPD), een tetradentaat ligand ¹⁹. Madru et al. ²⁰ ontwikkeld een complexvormer-vrij strategie in 2014 aan label IONPs met behulp van een complexvormer-vrije methode die wordt gebruikt door een andere groep posteriorly²¹.

Echter belangrijke nadelen van deze aanpak zijn van een hoog risico van in vivo transmetalering, lage radiolabeling levert, en lange protocollen ongeschikt voor korte duur isotopen^22,23,24. Om deze reden, Wong et al. ²⁵ ontwikkeld in het eerste voorbeeld van core-doped nanodeeltjes, beheren te nemen ⁶⁴Cu in de kern van de IONPs in een 5-min-synthese met behulp van microgolftechnologie.

Hier beschrijven we een snelle en efficiënte procedure voor het integreren van de radionuclide in de kern van de nanoparticle, het ontwijken van veel van de nadelen gepresenteerd door traditionele methoden. Voor dit doel stellen wij het gebruik van een magnetron-gedreven synthese (MWS), die de reactietijden aanzienlijk vermindert, verhoogt opbrengsten en verbetert de reproduceerbaarheid, kritisch belangrijke parameters in de IONP synthese. De verfijnde prestaties van MWS is te wijten aan de diëlektrische verwarming: snelle monster verwarming als moleculaire dipolen proberen aan te passen aan de wisselende veldsterkte, polaire oplosmiddelen en reagentia efficiënter voor dit type synthese. Bovendien, het gebruik van citroenzuur als een oppervlakteactieve stof, samen met de microgolftechnologie, resulteert in uiterst kleine nanodeeltjes, produceren een dubbele T₁-gewogen MRI/PET²⁶ signaal, hierin aangeduid als ⁶⁸Ga Core-doped ijzeroxide nanodeeltjes (⁶⁸Ga-C-IONP).

Het protocol combineert het gebruik van microgolftechnologie, ⁶⁸GaCl₃ als positron emitter, ijzer chloride, Natriumcitraat en hydrazine hydraat, wat resulteert in dubbele T₁-gewogen MRI/PET nanoparticulate materiaal in nauwelijks 20 min. Bovendien levert het consistente resultaten over een bereik van ⁶⁸Ga activiteiten (37 MBq, 111 MBq 370 MBq en 1110 MBq) met geen significante effecten op de belangrijkste fysisch-chemische eigenschappen van de nanodeeltjes. De reproduceerbaarheid van de methode met behulp van hoge ⁶⁸Ga activiteiten breidt het gebied van mogelijke toepassingen, met inbegrip van grote diermodellen of menselijke studies. Daarnaast is er een interne zuivering in de methode opgenomen. In het proces, ieder overtollige van gratis gallium, ijzer chloride, Natriumcitraat en hydrazine hydraat worden verwijderd door filtratie van de gel. Totaal gratis isotoop eliminatie en de zuiverheid van het monster zorgen van geen toxiciteit en verbeteren van de beeldvorming resolutie. In het verleden hebben we al het nut van deze aanpak in gerichte moleculaire beeldvorming^27,28aangetoond.

Protocol

1. reagens voorbereiding 0,05 M HCl Bereiden van 0,05 M HCl door toevoeging van 208 µL van 37% HCl aan 50 mL gedestilleerd water. Krachtige vloeibare chromatografie eluens Bereid krachtige vloeibare chromatografie (HPLC) eluens door ontbinding 6.9 g natrium Natriumdiwaterstoffosfaat fosfaat monohydraat, 7.1 g van het dinatriumzout waterstof fosfaat, 8,7 g natriumchloride en 0,7 g van natriumazide in 1 L water. Meng goed en controlee…

Representative Results

68 Ga-C-IONP werden gesynthetiseerd door het combineren van FeCl3, 68GaCl3, citroenzuur, water, en hydrazine hydrateren. Dit mengsel werd geïntroduceerd in de magnetron gedurende 10 minuten op 120 ° C en 240 W onder gecontroleerde druk. Zodra het monster was afgekoeld tot kamertemperatuur, werden nanoparticles gezuiverd door gel filtratie te elimineren spoorverontreiniging soorten (FeCl3, citraat, hydrazine hydraat) en vrij van <sup…

Discussion

Ijzeroxide nanodeeltjes zijn een gevestigde contrast agent voor T₂-gewogen MRI. Echter, als gevolg van de nadelen van dit soort contrast voor de diagnose van bepaalde pathologieën, T₁-gewogen of licht contrast is vele malen voorkeur. De hier gepresenteerde nanodeeltjes niet alleen deze beperkingen te overwinnen door het aanbieden van positief contrast in MRI maar bieden ook een signaal in een functionele beeldvormende techniek, zoals PET, via ⁶⁸Ga opneming in hun kern. Magnetron…

Materials

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