Waiting
Login processing...

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

Biology

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

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

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 r2 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 sondes1,2,3. 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 problemen7,8,9. 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 Fe3 + 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 van12,13,14. 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 isotopen22,23,24. 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 beeldvorming27,28aangetoond.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. reagens voorbereiding

  1. 0,05 M HCl
    1. Bereiden van 0,05 M HCl door toevoeging van 208 µL van 37% HCl aan 50 mL gedestilleerd water.
  2. Krachtige vloeibare chromatografie eluens
    1. 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 controleer de pH. Het eluens passeren een 0.1-µm cutoff steriel filter en ontgas vóór gebruik. Aanvaarding bereik: pH 6.2-7.0 (zo niet, pas met NaOH [M 1] of HCl [M 5]).

2. synthese van ijzeroxide citraat-gecoate nanodeeltjes

  1. Los 75 mg FeCl3·6H2O en 80 mg van citroenzuur Trinatriumcitraat zout (dihydraat) p.a. in 9 mL water.
    Opmerking: Deze hoeveelheden bieden 12 mL van definitieve gezuiverde nanodeeltjes ([Fe] ~1.4 mg·mL-1). Hoeveelheden kunnen worden verkleind tot een eindvolume van 2.5 mL verkrijgen.
  2. Doe het mengsel in de erlenmeyer van magnetron-aangepast.
  3. Het laden van een dynamische protocol in de magnetron. Stel de temperatuur tot 120 ° C, de tijd op 10 min, de druk om 250 psi, en de bevoegdheid tot 240 W.
  4. 1 mL van hydrazine hydraat aan de reactie toevoegen.
    Opmerking: Hydrazine hydraat begint de vermindering van de ijzer. Dus, een verandering in het uiterlijk van de oplossing, van lichtgeel tot bruin, wordt geconstateerd.
  5. Beginnen met het protocol van de magnetron.
  6. Ondertussen, spoel een gel filtratie demineralisatie kolom met 20 mL gedestilleerd water.
  7. Zodra het protocol heeft beëindigd, laat de kolf afkoelen bij kamertemperatuur.
  8. Pipetteer 2,5 mL van het uiteindelijke mengsel op de kolom en gooi de doorstroming.
    Opmerking: De magnetron stopt het protocol bij 60 ° C; de nanodeeltjes kunnen worden toegevoegd direct aan de gel filtratie kolom bij 60 ° C.
  9. Voeg 3 mL gedestilleerd water toe aan de kolom en verzamel de nanodeeltjes in een glazen ampul.
    Opmerking: Nanodeeltjes kunnen worden opgeslagen op kamertemperatuur voor 1 week. Na deze tijd, nanoparticle aggregatie wordt weergegeven, hun hydrodynamische vergroten.

3. synthese van 68Ga ijzeroxide Core-doped nanodeeltjes (68Ga-C-IONP)

  1. FeCl3·6H2O 75 mg en 80 mg van citroenzuur Trinatriumcitraat zout (dihydraat) p.a. in de magnetron-aangepast kolf gebracht.
  2. Elueer de 68Ge /68Ga generator met behulp van de aanbevolen voor het volume en de concentratie van HCl, volgens de leverancier (in ons geval, 4 mL 0,05 M HCl). Na de injectie van dat volume in de eigen afgeschermde generator is (4 mL) 68GaCl3 verkregen, klaar voor gebruik zonder verdere bewerking.
    Opmerking: Volg de overeenkomstige radioactiviteit veiligheidsmaatregelen voor stappen 3.2-3.12. 68 Ga is een positron en gamma emitter-isotoop. Het gebruik van de passende veiligheidsmaatregelen om te voorkomen dat blootstelling aan straling door de exploitant is van cruciaal belang. Onderzoekers moeten een ALARA (zo laag als redelijkerwijs mogelijk)-protocol met behulp van de typische afscherming en radionuclide aangestuurde procedures volgen. Bovendien is het gebruik van een ring, kentekenen van het lichaam, en een besmetting detector is verplicht.
  3. Voeg 4 mL van 68GaCl3 aan de maatkolf magnetron-aangepast. Dit volume kan worden kleiner, afhankelijk van de activiteit van de generator en de gewenste activiteit van definitieve nanodeeltjes.
  4. Pipetteer 5 mL gedestilleerd water in de kolf en meng goed.
  5. Het laden van een dynamische protocol in de magnetron. Stel de temperatuur tot 120 ° C, de tijd op 10 min, de druk om 250 psi, en de bevoegdheid tot 240 W.
  6. 1 mL van hydrazine hydraat aan de reactie toevoegen.
    Opmerking: Hydrazine hydraat begint de vermindering van de ijzer. Dus, een verandering in het uiterlijk van de oplossing, van lichtgeel tot bruin, wordt geconstateerd.
  7. Beginnen met het protocol van de magnetron.
  8. Ondertussen, spoel een gel filtratie demineralisatie kolom met 20 mL gedestilleerd water.
  9. Zodra het protocol heeft beëindigd, laat de kolf afkoelen bij kamertemperatuur.
  10. Pipetteer 2,5 mL van het uiteindelijke mengsel op de kolom en gooi de doorstroming.
    Opmerking: De magnetron stopt het protocol bij 60 ° C; nanoparticles kunnen direct worden toegevoegd aan de kolom filtratie gel bij 60 ° C.
  11. Voeg 3 mL gedestilleerd water toe aan de kolom en verzamel de nanodeeltjes in een glazen ampul.
  12. Berekenen radiolabeling efficiëntie met een NaI detector, goed-type. Deze parameter meestal meet de activiteit van de 68Ga opgenomen in de reactie. Na processen voor synthetische en zuivering, wordt de activiteit van het gezuiverde monster gemeten. Vanwege de korte halfwaardetijd van 68Ga heeft de eerste activiteit op tijd (t) worden gecorrigeerd. Normalisatie met tijd volgt de standaard vergelijking:
    NT = N0 · e-λt
    Hier,
    NT: telt op moment (t)
    N0: telt op moment (t) = 0
    Λ: verval-constante
    t: verstreken tijd
    Equation
    Opmerking: Radiolabeling van efficiëntie moet worden tussen de 90% - 95%.

4. analyse van 68Ga ijzeroxide Core-doped nanodeeltjes (68Ga-C-IONP)

  1. Dynamische lichtverstrooiing
    1. Gebruik dynamische lichtverstrooiing (DLS) voor het meten van de hydrodynamische grootte van 68Ga-C-IONP. Pipetteer 60 µL van het monster in een cuvet en drie grootte metingen per monster uit te voeren. Om ervoor te zorgen de reproduceerbaarheid, moet dit worden herhaald met meerdere nanoparticle batches.
  2. Colloïdale stabiliteit
    1. Beoordelen van de colloïdale stabiliteit van 68Ga-C-IONP door het meten van de hydrodynamische grootte van de steekproef na incubatie in verschillende buffers (PBS, zoutoplossing en muis serum) voor verschillende tijdstippen, variërend van 0 tot 24 h. Incubeer 500 µL van het monster in elke buffer op 37 ° C. Op de geselecteerde tijden, 60-µL aliquots nemen en Pipetteer hen in DLS cuvettes om hun hydrodynamische grootte te meten.
  3. Elektronenmicroscopie
    1. De grootte van de kern van 68Ga-C-IONP analyseren met behulp van transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) en ringvormige donker-veld beeldvorming (stam-HAADF) (ref TEM protocol: NIST - NCL gezamenlijk Assay Protocol, PCC-X, het meten van de omvang van nanodeeltjes met behulp van Transmission Electron Microscopie).
  4. Gel filtratie radio-chromatografische
    1. Fractionate van de elutie in 500-µL aliquots tijdens de zuivering van de gel-filtratie en het meten van de radioactiviteit aanwezig in elk met behulp van een activimeter; waardoor een chromatogram gel-filtratie.
  5. Radiochemische stabiliteit van 68Ga-C-IONP
    1. Incubeer 68Ga-C-IONP in het serum van de muis gedurende 30 minuten bij 37 ° C (3 x herhaald). Na die tijd, de nanodeeltjes zuiveren door ultrafiltratie en meten van de radioactiviteit aanwezig in de nanodeeltjes en het filtraat. Geen activiteit moet worden gedetecteerd in de verschillende filtraten.
  6. Relaxometry
    1. Meten van de longitudinale (T1) en dwars (T2) ontspanning keren in een relaxometer op 1,5 T- en 37 ° C. Vier verschillende concentraties van 68Ga-C-IONP (2 mM, 1 mM, 0,5 mM en 0,25 mM) moeten worden gemeten. Plot ontspanning tarieven (r,1= 1/T1, r2= 1/T-2) tegen de concentratie van ijzer. De helling van de curve verkregen maakt r1 en r2 waarden.
  7. PET- en MR phantom beelden
    1. Verwerven in situ heer (T1-gewogen sequentie) en PET phantom afbeeldingen voor een reeks verdunningen van 68Ga-C-IONP (0 mM, 1 mM, 6.5 mM en 9.0 mM) te observeren het toenemende signaal in correlatie met de PET activiteit en MRI.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

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 68Ga (Figuur 1).

De hydrodynamische grootte van 68Ga-C-IONP werd gemeten met behulp van Dynamische lichtverstrooiing (DLS &). Dit bleek een smalle grootteverdeling (PDI 0.2) en de gemiddelde hydrodynamische omvang van 7,9 nm. Metingen van vijf verschillende syntheses bewezen methode reproduceerbaarheid (Figuur 2a). Het potentieel van de zeta van verschillende 68Ga-C-IONP syntheses werd gemeten om te analyseren nanoparticle oppervlakte lading; de gemiddelde waarde die verkregen werd-36.5 mV. 68 Ga-C-IONP werd in verschillende media bij 37 ° C geïncubeerd in verschillende tijden nanoparticle stabiliteit in biologische oplossingen te garanderen. De grootte van de hydrodynamische werd gemeten op verschillende tijdstippen, onthullend 68Ga-C-IONP hydrodynamische grootte lijdt geen significante veranderingen, wat betekent dat het monster is stabiel in verschillende buffers en Sera (Figuur 2b). Vanwege de snelle verwarming bereikt met behulp van microgolftechnologie, nanodeeltjes presenteren ultra kleine kern grootte van ongeveer 4 nm. Elektronenmicroscopie beelden bleek homogene kern maten en het ontbreken van aggregatie (Figuur 2 c). Een gel filtratie chromatogram van 68Ga-C-IONP toont een piek van de belangrijkste radioactiviteit overeenkomt met nanoparticles, gevolgd door een verminderde piek die overeenkomt met gratis 68Ga (figuur 2d). Het radiolabeling rendement berekend na zuivering van monster 92 was %. Deze uitstekende radiolabeling opbrengst werd vertaald in een specifieke activiteit ten opzichte van een ijzeren hoeveelheid 7.1 GBq/mmol Fe. Het potentieel van 68Ga-C-IONP als een contrast agent voor MRI werd gecontroleerd door het meten van de longitudinale (r1) en transversale (r2) ontspanning tijden. Deze werden gemeten voor vijf verschillende 68Ga-C-IONP synthese bij 37 ° C en 1,5 T. Een uitstekende gemiddelde r1 waarde van 11.9 mM-1·s-1 en een bescheiden r2 waarde van 22.9 mM-1·s-1 werden verkregen, levert een gemiddelde r2/r-1 ratio van 1,9, zin 68Ga-C-IONP is ideaal voor T1-gewogen MRI (figuur 2e). Om te bevestigen deze hypothese, werd het vermogen van 68Ga-C-IONP voor de productie van T1 contrast in een MRI en huisdier signaal gecontroleerd met de overname van PET- en MR phantom beelden bij de concentraties van de verschillende 68Ga-C-IONP. Aangezien de ijzer-concentratie stijgt, doet u het positief contrast in heer phantom. Een toenemende concentratie van ijzer betekent een toenemende 68Ga concentratie Vandaar dat het signaal van de PET is steeds intensievere (figuur 2f).

Figure 1
Figuur 1: synthetische stappen gevolgd in het protocol. Precursoren zijn toegevoegd in een maatkolf van magnetron en ingevoerd in de magnetron op hydrazine hydraat toevoeging bij 120 ° C gedurende 10 minuten, waarna nanodeeltjes worden verkregen. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 2
Figuur 2: 68karakterisering van de Ga-C-IONP. (een) dit paneel toont de verdeling van de hydrodynamische grootte (volume gewogen) van vijf verschillende syntheses van 68Ga-C-IONP. (b) dit paneel toont de hydrodynamische grootte (maximale piek in volume, gemiddelde ± SD) van 68Ga-C-IONP in PBS, zoute en muis serum (vanaf t = 0 h tot t = 24 h). (c) Dit zijn stam-HAADF (links) en een TEM (rechts) beelden van 68Ga-C-IONP. De schaal bars zijn 20 nm. (d) dit paneel toont een gel filtratie radio-chromatogram. (e) dit paneel toont de longitudinale (r1) en transversale (r2) relaxivity waarden, en de r2/r-1 -ratio voor vijf 68Ga-C-IONP synthese ( bedoel ± SD). (f) Dit zijn PET- en MR phantom beelden van verschillende 68Ga-C-IONP concentraties. (g) Dit is een samenvatting van de kenmerken van de belangrijkste 68Ga-C-IONP tafel. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

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-technologie verbetert de synthese van deze reproduceerbaar nanoparticle, aanzienlijk verminderen de reactietijd op een totaal van ongeveer 20 minuten (inclusief een zuivering). Ook hierdoor isotoop opneming in een keer in de kern van de nanoparticle; het onderdrukken van een extra stap vereist in een oppervlak-labeling benadering die de reactietijd aanzienlijk zou uitbreiden. Dit is een groot voordeel, vooral wanneer u werkt met korte helft-leven isotopen als 68Ga (t-1/2 = 68.8 min). Bovendien, de radiolabeling opbrengst verkregen (92%) is bijna drievoudige verkregen door de baanbrekende studie met behulp van deze aanpak (Wong et al. van nanoparticle-radiolabeling 25). Dit betekent ook een aanzienlijke verbetering ten opzichte van eerdere benaderingen, zoals in minder dan 20 minuten intrinsiek radiolabeled nanodeeltjes met een uitstekende radiolabeling rendement kan worden verkregen; Zo komt elimineren in vivo isotoop detachement of transmetalering risico- en ervoor te zorgen dat de PET-signaal verkregen van de nano-radiotracer en niet van gratis 68Ga. Dit zal hun potentiële gebruik verlichten als contrastmiddelen.

Zoals 68Ga-C-IONP zijn in verschillende media bij fysiologische temperatuur stabiel, zal geen samenvoeging in vivo plaatsvinden; Daarom presenteert lange bloed circuleert tijden. De zuivering van de gel-filtratie elimineert de gratis 68Ga breuk, dat niet in nanoparticle kernen opgenomen is, ervoor te zorgen dat het PET-signaal wordt volledig verzorgd door de 68Ga-C-IONP. De waarde van de uitstaande r1 , samen met de lage r2/r-1 -ratio, lucratieve radiolabeling en specifieke activiteit, zal het toestaan van de 68Ga-C-IONP-dosis die nodig is voor het verkrijgen van een passende signaal in PET en het contrast in MRI te worden verminderd.

De hier gepresenteerde nano-radiotracer toont aan dat de combinatie van nanotechnologie en radiochemie kan ertoe leiden dat een nieuw instrument dat kan worden gebruikt voor de detectie in vivo van biologische processen of uiteenlopende aandoeningen door middel van PET en T1- gewogen MRI. Het is al gebruikt met succes in de detectie door PET en MRI van de angiogenese in een lymfkliertest model met behulp van RGD peptide als targeting deel27. 68 Ga-C-IONP heeft ook gewerkt, gecombineerd met een formyl peptide receptor 1 (FPR-1) antagonist, tot doel neutrofielen in het opsporen van ontsteking van de longen door huisdier in een niet-invasieve wijze28.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

Deze studie werd gesteund door een subsidie van het Spaanse ministerie voor economie en het concurrentievermogen (MEyC) (verlenen van nummer: SAF2016-79593-P) en van de Carlos III Health Research Institute (verlenen van nummer: DTS16/00059). De CNIC wordt ondersteund door de Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades) en de Pro CNIC Foundation en is een Severo Ochoa Centre of Excellence (MEIC award 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

Biologie kwestie 141 ijzeroxide nanodeeltjes 68Ga positron emissie tomografie magnetische resonantie beeldvorming magnetron synthese citroenzuur
Synthese van <sup>68</sup>Ga ijzeroxide Core-doped nanodeeltjes voor Dual Positron emissie tomografie / (T-<sub>1</sub>) magnetische resonantie Imaging
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