Síntesis microondas impulsada de nanopartículas de óxido de hierro para la detección rápida de la aterosclerosis

Bioengineering

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Summary

La tecnología de microondas permite la síntesis extremadamente rápido de las nanopartículas de óxido de hierro para la caracterización de placas de aterosclerosis. El uso de un aminobisfosfonato en el lado externo de la nanopartícula proporciona una acumulación rápida en el área aterosclerótica.

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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).

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Abstract

Un protocolo rápido y reproducible impulsado por microondas ha sido desarrollado para la síntesis de nanopartículas neridronato-funcionalizado. A partir de la síntesis de nanopartículas hidrófobas, nuestro método se basa en una adaptación del método de descomposición térmica a la síntesis impulsada por microondas. La nueva metodología produce una disminución en los tiempos de reacción en comparación con los procedimientos tradicionales. Además, el uso de la tecnología de microondas aumenta la reproducibilidad de las reacciones, algo importante desde el punto de vista de las aplicaciones clínicas. La novedad de esta nanopartícula de óxido de hierro es la unión de neridronato. El uso de esta molécula conduce un resto bisfosfonato hacia el exterior de la nanopartícula que proporciona Ca 2+ propiedades in vitro y la acumulación selectiva de unión in vivo en la placa de ateroma. El protocolo permite la síntesis y detección de la placa en aproximadamente 3 horas ya que la síntesis inicial de organiprecursores c. Su acumulación en la zona aterosclerótica en menos de 1 hr proporciona un agente de contraste especialmente adecuado para aplicaciones clínicas.

Introduction

La aterosclerosis es una enfermedad inflamatoria crónica multifactorial de la pared arterial que resulta de un metabolismo de lípidos desregulados y una respuesta inflamatoria defectuoso. Debido a la prevalencia y los costes económicos y sociales de éste y otros enfermedades cardiovasculares existe un interés cada vez mayor en el tratamiento de la patología con nuevas herramientas, de las que la nanotecnología es uno de los más prometedores. 1-3 Sin embargo, hay muy pocos ejemplos de rápida producción y caracterización de sondas que es básico para la traducción a la clínica 4 en este protocolo se utiliza una síntesis de microondas de nanopartículas de óxido de hierro para funcionalización adicional con un bisfosfonato y la detección in vivo de la aterosclerosis en ApoE en -. / -. ratones en 1 hr 5 nanopartículas de óxido de hierro (IONP) son un nanomaterial muy conocido y su uso como agente de contraste para imagen de resonancia magnética (MRI) se ha establecido para la detección de enfermedad diferentes en los últimos años. 6-8

La síntesis de microondas (MWS), permite la síntesis de nanopartículas en tiempos extremadamente cortos con alta reproducibilidad y rendimientos mejorados. 9,10 En el protocolo, se obtiene con la placa IONP capacidades de orientación en tres pasos. El único final es la unión de un aminobifosfonato, neridronato, que es clave en nuestra estrategia debido a sus propiedades de unión al calcio. Debido a su pirofosfato análogo natural (PPi), neridronato se ha utilizado en el tratamiento de la osteogénesis imperfecta (OI) y la enfermedad de Paget de los huesos (PDB) por su alta afinidad hacia mineral ósea. 11-13

Las tres etapas del protocolo se resumen en el esquema 1. Los pasos uno y dos se llevaron a cabo utilizando la tecnología de microondas. El primer paso proporcionar nanopartículas de óxido de hierro recubiertos con ácido oleico (OA-IONP) por una modificación de los métodos publicados. 14 El protocolo es una adaptación a la síntesis de microondas de la traditsíntesis ional térmica descomposición. 15,16 Una mezcla que contiene Fe (acac) 3, ácido oleico, oleilamina y 1,2-dodecanodiol se disuelve en alcohol bencílico y se sometieron a dos procesos de calentamiento. La purificación se lleva a cabo el lavado con EtOH y la recolección de las partículas con un imán Nd-Fe-B para eliminar el exceso de los tensioactivos en el sobrenadante. Entonces, OA-IONP se estabilizan en CHCl 3. Como era de esperar, debido al calentamiento muy rápido, los resultados previstos mostraron que las nanopartículas sintetizadas por microondas son más pequeñas en términos de núcleo (3,7 ± 0,8 nm) y el tamaño hidrodinámico (7,5 nm) en comparación con la descomposición térmica tradicional; Sin embargo, las nanopartículas aún presentan una excelente cristalinidad.

La segunda etapa consiste en una modificación química directa del doble enlace, presente en el ácido oleico, el uso de un oxidante fuerte como KMnO 4, la metodología original desarrollado en nuestro grupo se modificó para condiciones MW.17 Una primera etapa forma los complejos entre MnO 4 - y el doble enlace. Entonces, una segunda etapa en condiciones ácidas, producen la escisión de la molécula de ácido oleico dando azelaico ácido-IONP. Después de estas dos etapas de 9 min cada uno, la muestra se purifica, primero lavado con NaHSO 3 1% para reducir el exceso de MnO 4 - a MnO 2 y luego con NaOH 1% para neutralizar el ácido.

Después de la etapa de purificación, azelaico-IONP se estabilizan en 10 mM de tampón de fosfato de pH = 7,2. Este tampón es el mejor ambiente para la estabilidad coloidal de las partículas de manera similar a lo que ocurrió en la reacción original, térmica. 18 El uso de microondas para la oxidación directa del doble enlace que figura en la OA-IONP es un muy buen ejemplo de las ventajas de la utilización de esta tecnología en la síntesis de nanopartículas. Con el método clásico de la reacción tiene 24 hr, la utilización de microondas disminuir el Reactia tiempo a 18 min. Por otra parte, el protocolo impulsado microondas-muestra una excelente reproducibilidad dando nanopartículas con 30 ± 5 nm de tamaño hidrodinámico después de 4 repeticiones. Aparte del cambio en el tamaño hidrodinámico, el potencial zeta es un buen parámetro para comprobar rápidamente el éxito de la reacción. Debido a la presencia de los nuevos grupos carboxílicos en azelaico-IONP, el valor para el potencial zeta es de alrededor de -44 mV, muy similar al valor obtenido por el método térmico.

Para la fijación de neridronato a azelaico-IONP, se utiliza tradicional conjugación EDC / sulfo-NHS. 19 está bien establecido Este enfoque sintético ya que el empleo de un carboxilato activado con el sulfo-NHS asegura la estabilidad coloidal durante la reacción. Después de la eliminación de tampón de fosfato de la reacción con neridronato se lleva a cabo en tampón de HEPES 1 mM (pH ~ 7). La reacción hace que neridronato-IONP con un tamaño hidrodinámico de 40 ± 4 nm en un distr estrecha de tamañosibution y -24,1 mV del potencial zeta.

El procedimiento se describe para la síntesis rápida de IONP para la visualización in vivo de la placa aterosclerótica aunque la viabilidad del método permite la fijación de cualquier péptido / anticuerpo con aminas libres, utilizando las mismas condiciones, para diferentes propósitos dentro de T 2-ponderada agente de contraste MRI campo.

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Protocol

1. Preparación de los reactivos

  1. Prepare 1 mM HEPES Buffer disolviendo 23,8 mg de HEPES en 100 ml de agua destilada. Se ajusta el pH a 7.
  2. Prepare 10% NaHSO 3 disolviendo 10 g de NaHSO 3 en 100 ml de agua destilada. Se agita la mezcla durante 15 min.
  3. Preparar la solución de NaOH disolución de 1 g de NaOH en 100 ml de agua. Se agita durante 10 min.
  4. Preparar tampón fosfato 10 mM disolviendo 600 mg de NaH 2 PO 4 en 1 L de agua. Añadir cuidadosamente 0,34 ml de ácido fosfórico y se agita durante 30 min. Ajustar el pH a 2,9 (intervalo de aceptación 2,7-3,0).
  5. Preparar tampón fosfato 10 mM disolviendo 269 mg de NaH 2 PO 4 y 1,09 g de Na 2 HPO 4 a agua destilada para hacer un volumen de 1 L. Ajustar el pH a 7,2.

2. Síntesis de nanopartículas recubiertas ácido oleico (OA-IONP)

  1. En un matraz de microondas adaptada añadir 0,5 g de Fe (acac) 3, 1,4 ml de oleiácido c, 0,6 ml de oleilamina y 1,19 g de 1,2-hexadodecanediol. Añadir 10 ml de fenil éter cuidadosamente a través de la pared del matraz con una pipeta graduada.
  2. Introducir el matraz en el reactor de microondas y empezar el protocolo de microondas.
    NOTA: software de microondas permite la elección de la magnitud para diferentes parámetros como la temperatura, presión, velocidad de agitación, la potencia y el tiempo de reacción. Además, tiene la posibilidad de cargar tres etapas diferentes en el mismo protocolo que permite la síntesis de sintonizable. Una vez que el protocolo sintético cargado comienza, microondas calienta la muestra lo más rápido posible (proceso de aumento gradual) y la mantiene durante el tiempo de reacción elegido (proceso que se ejecuta). Elección de potencia determina el tiempo de rampa.
  3. Cargar un estudio dinámico en el microondas. El protocolo contiene tres etapas:
    1. Etapa 1: ajustar la temperatura a 60 ° C, tiempo de 2 min, presión de 250 psi y 150 W de potencia. velocidad de agitación tiene que estar en posición alta y la potencia máxima en el.
    2. Ciervoe 2: ajustar la temperatura a 200 ° C, tiempo de 20 min, presión de 250 psi y 300 W de potencia. velocidad de agitación tiene que estar en posición alta y la potencia máxima en el.
    3. Etapa 3: ajustar la temperatura a 250 ° C, tiempo de 10 min, presión de 250 psi y 300 W de potencia. velocidad de agitación tiene que estar en posición alta y la potencia máxima en el.
  4. Después de terminar el protocolo, permita que el matraz se enfríe a temperatura ambiente.
    NOTA: proceso de enfriamiento se puede hacer con o sin corriente de gas. En ambos casos se proporcionan mismos resultados. Los agregados aparecen en la barra de agitación y en la pared del matraz, se lava con EtOH y ponla en el Erlenmeyer.
  5. Transferir la mezcla de reacción a un Erlenmeyer usando una pipeta de vidrio y añadir 10 ml de EtOH 98%. Ponga un imán Nd-Nb-B por debajo del frasco, espere 5 minutos y eliminar el sobrenadante con una pipeta de vidrio.
  6. Añadir 10 ml de EtOH, sonicar la muestra a temperatura ambiente durante 2 min y 40 kHz, se coloca la muestra en el imán y eliminar el sobrenadante. Repita este paso en las LEAt tres veces.
  7. Dispersar nanopartículas oleico en 30 ml de CHCl3 y se somete a ultrasonidos a 40 kHz durante 5 min a RT. Compruebe el tamaño hidrodinámico en el Zetasizer según las instrucciones del fabricante. Poner 0,5 ml de OA-IONP en la cubeta de vidrio y añadir 0,5 ml de CHCl3. 7-10 nm rango de aceptación expresa como tamaño promedio Z en intensidad.
    NOTA: OA-IONP puede ser bien dispersada en hexano.

3. Síntesis de ácido azelaico nanopartículas (azelaico Ácido-IONP)

  1. Disolver 44,3 mg de KMnO 4 y 150,4 mg de BTACl en una mezcla de H 2 O: CHCl 3 (3: 2 ml). Añadir la solución resultante a una alícuota de 5 ml de OA-IONP en el microondas adaptado matraz.
  2. Iniciar el protocolo de microondas para azelaico ácido IONP. Establecer la temperatura a 105 ° C, tiempo de 9 min, presión 250 psi y la potencia en 300 W. Dicho de 10 ml de tampón fosfato pH = 2,9 en el matraz y repetir el protocolo de microondas. Después etapa de enfriamiento, recuperar las nanopartículasusando un imán y eliminar el sobrenadante.
  3. Añadir 5 ml de 10% NaHSO 3 a un matraz Erlenmeyer, se somete a ultrasonidos a 40 kHz durante 2 minutos a 25 ° C, recoger las partículas usando un imán y eliminar el sobrenadante. (La etapa se repite 2 veces.) Se lavan las nanopartículas tres veces más con 1% de NaOH y finalmente volver a dispersar en 5 ml de tampón fosfato pH = 7,2.
  4. Compruebe el tamaño hidrodinámico y el potencial zeta. Poner 0,7 ml de azelaico-IONP en la célula capilar plegada desechable e insertarlo en el Zetasizer.
    NOTA: rango de aceptación para el tamaño de 25-35 nm expresa como tamaño promedio Z en intensidad. rango de aceptación de Z-Potencial -45 ± 5 mV. nanopartículas más grandes (~ 70 nm) se pueden obtener con tampón de fosfato de pH> 7 en lugar pH = 2,9 (ref Chem Eur J 2008).

4. Síntesis de nanopartículas neridronato (neridronato-IONP)

  1. Añadir 12 mg de EDC y 15 mg de sulfo-NHS en una centrífuga con alícuota de 2 ml azelaico-IONP. Ponerla mezcla en un vórtice a TA durante 35 min.
  2. Poner un imán por debajo de la centrífuga para desestabilizar las nanopartículas, aspirar el sobrenadante y lavar las partículas con 1,5 ml de HEPES pH = 7 tampón de 1 mM. (Repita este paso dos veces.) A continuación, añadir 5 mg de neridronato y agitar la mezcla en un vórtice durante 2 horas.
  3. nanopartículas separados con un imán y de lavado (3 x 2 ml) con HEPES pH = 7 tampón 1. Finalmente, dispersar neridronato-IONP en 2 ml de 1 mM de HEPES tampón de pH = 7.
  4. Compruebe el tamaño hidrodinámico y el potencial zeta. Poner 0,7 ml de neridronato-IONP en la célula capilar plegada desechable e insertarlo en el Zetasizer (ver la configuración del equipo).
    NOTA: rango de aceptación para el tamaño de 40-45 nm expresa como tamaño promedio Z en intensidad. rango de aceptación de Z-Potencial -20 ± 5 mV.

5. En Vivo detección de la placa de ateroma en ApoE - / - ratones mediante resonancia magnética

  1. Preparación para la adquisición de resonancia magnética
    NOTA: Varios exSe necesitan sistemas tra en la experimentación animal. Por lo tanto, se requerirá:
    1. Use equipo apropiado para anestesiar a los animales.
    2. Obtener un sistema de agua caliente del circuito de circulación de cerca con un aire caliente externo para mantener la temperatura del establo de animales.
      NOTA: En este caso el sistema de seguimiento y compatible gating MRI registra la temperatura del animal en el interior del imán de MRI.
    3. Controlar la temperatura externa en la proximidad de los animales, la temperatura del cuerpo (termómetro rectal) de los animales, el sensor de la respiración situado debajo del cuerpo del animal cerca de la tórax usando una interfaz integrada en la consola de MRI.
  2. Experimento RM
    1. Anestesiar los animales con isoflurano vaporizado (2% para la inducción durante dos o tres minutos y 1 a 1,5% para el mantenimiento durante el experimento MRI) con una línea de oxígeno 100%.
    2. Colocar el animal en el centro del imán con la ayuda de una adquisición perfil.
    3. Después de la etapa 5.2.2, sintonizar la bobina de RF de 300 MHz (7 T) frecuencia de resonancia y que coincida con la impedancia característica de la bobina de 50 Ohm para la recepción óptima de la señal.
      NOTA: Tener en cuenta el cableado externo y las conexiones que van al sistema de medición a través del adaptador / divisor para cada parte de la bobina transmisora ​​de forma individual (en nuestro caso se trataba de una bobina de cuadratura).
    4. Después de sintonizar y hacer coincidir las bobinas, conecte las bobinas en el escáner.
    5. Para la calibración de RF de impulsos (forma y longitud) y el ajuste de frecuencia central realizar tanto la calibración del pulso y el centro de la frecuencia manualmente. Realice los ajustes de calibración pulso de 90º, de engrosamiento grueso (véase más adelante), la frecuencia central y la ganancia del receptor manualmente.
    6. Realizar posición exacta con un eco de gradiente (FLASH o GRE) exploración del localizador (3 plano de adquisición explorador: axial, coronal y sagital, también llamado TriPilot.
    7. Realizar el calce imán para optimizar la homogeneidad del campo magnético en el center del imán. Realizar este paso manualmente (ver 5.2.3) usando una secuencia de uno o FID solo pulso y ajustar la primera y segunda órdenes cuñas o cualquier secuencia de calce automático incluidos en el sistema
      NOTA: Un campo magnético así calzar se reconoce fácilmente y se mide por el T2 * (como más grande mejor) o estrecho FWHM de los espectros.
  3. RM de adquisición de datos de la placa 5
    1. Se inyectan 100 l (1 mg [Fe] ml-1) de las nanopartículas neridronato por vía intravenosa en la vena de la cola y adquirir imágenes después de la inyección de 1 hora. Cargar los parámetros para la adquisición de resonancia magnética de la placa aterosclerótica mirando a la aorta abdominal (bifurcación renal).
    2. Ponga multicorte, 10 a 20 rebanadas en el modo de entrelazado para minimizar los artefactos.
    3. Adquirir de alta resolución rápida eco de espín ponderada en T1 MRI en vista coronal o axial con los siguientes parámetros: la FOV 60 x 30 mm (coronal), 30 x 30 mm (axial), rebanada de espesor 0,8 mm (con la bobina de gradiente pequeño configuration esto se puede reducir a 0,6 mm), 400 TR mseg, 8 mseg TE, 256 x 256 de adquisición y de la matriz de reconstrucción de datos, 6 (grande gradiente) a los promedios de señal 8 (pequeño gradiente) para tiempos de adquisición promedio de 5-8 min.
      NOTA: TE es especialmente crítico y la presencia de la señal de la sangre y el flujo y los artefactos de desplazamiento químico que puede limitar las aplicaciones. En estos casos el flujo insensibles rápido eco de espín T2-IR puede ayudar a reducir los artefactos y la adquisición de datos complementarios en la misma ubicación exacta puede ayudar a caracterizar la placa. Además, un impulso de presaturación se puede utilizar para reducir el tejido graso que rodea la pared arterial para una mejor delimitación de la frontera exterior de la reducción de artefactos de pared y desplazamiento químico.
    4. Transferir las imágenes utilizando un formato estándar, tales como DICOM y vista en el software correspondiente (por ejemplo, software Osirix Imaging o amida: Medical Imaging Data Examiner) 5. Cuantificar el efecto de contraste que delimita manualmente los vessel área, espesor de pared, área de la luz y de la carga de placas 5.

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Representative Results

En este protocolo, se describe la síntesis de tres IONP diferente. A partir de hidrófobo OA-IONP, nanopartículas estables acuosas se obtienen con la ayuda de la síntesis impulsada por microondas. Todas las nanopartículas presentado ultra-pequeño tamaño hidrodinámico (Dh <50 nm) en una distribución de tamaño muy estrecha (Figura 1c). El uso de la tecnología de microondas hace que las nanopartículas ultra pequeños en términos de tamaños de núcleo. Desde microondas producir un calentamiento rápido, la tasa de aumento de la nucleación en comparación con otras metodologías que dan tamaños más pequeños en el núcleo de las nanopartículas. Sin embargo, las partículas todavía presentan excelente cristalinidad como se muestra en las imágenes de TEM donde las franjas de celosía en las Fe 3 O 4 núcleos pueden ser claramente visibles (Figura 1a, b). Otro aspecto importante del método es la reproducibilidad. Después de cuatro repeticiones de la síntesis de ácido azelaico-IONP, los mismos resultadosen el tamaño y la distribución hidrodinámico se obtuvieron (Figura 1d).

Después de la funcionalización, el Ca 2 + propiedades debido a los bifosfonatos presentes en nanopartículas neridronato de unión se comprobó la incubación de estas nanopartículas con diferentes cantidades de Ca 2 +. Se demostró que los incrementos de T 2 tiempo de relajación lineal con la cantidad de Ca 2 + y el tiempo de incubación debido a la formación de grupos de nanopartículas mientras que las nanopartículas sin Ca 2+ permanecieron estables (Figura 1e), conforme a nuestra hipótesis inicial.

En experimentos de resonancia magnética in vivo se realizaron en las 48 semanas de edad ApoE - / - ratones. Se tomaron primera carótidas y las imágenes basales aorta abdominal. Lesión debido a la formación de la placa aterosclerótica se puede ver claramente. Entonces, 100 l (1 mg [Fe] ml -1 (Figura 2), 1 hr después de la inyección de la señal forman la placa es hipointensa en comparación con las imágenes basales. La selección de dos ROI (región de interés) permite la cuantificación de la señal de intensidad en el área de la lesión para la comparación entre las imágenes basales y después de la inyección de 1 hr. La placa al cociente del músculo es significativamente diferente entre ellos (p <0,05, Figura 2b).

Además, la señal en el hígado se controló en los ratones después de la inyección de 100 l de nanopartículas neridronato para evaluar si la reducción de la intensidad fue debido a un tiempo de circulación en la sangre y no por la acumulación selectiva. Como muestra el gráfico (Figura 2c), las nanopartículas han sido completamente eliminado de la circulación después de 20 minutos de confirmar la acumulación selectivaneridronato de nanopartículas hacia la placa aterosclerótica. Se realizaron final de formación de imágenes ex vivo e histología. Los ratones fueron sacrificados y las aortas extraídos. Obtención de imágenes de las aortas con y sin nanopartículas mostró diferencias en la señal de acuerdo con los experimentos in vivo (Figura 2d).

Esquema 1

Esquema 1:. Pasos sintéticos seguidas en el protocolo y la caracterización básica en cada punto mediante DLS Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 1
Figura 1: Characterization de nanopartículas (a) imágenes TEM, en dos aumentos, para la OA-IONP.; (B) las imágenes de TEM, en dos ampliaciones, por neridronato-IONP; (C) el volumen hidrodinámico de las nanopartículas OA-IONP, azelaico ácido IONP y neridronato-IONP; (D) el tamaño hidrodinámico para azelaico ácido IONP en cuatro síntesis diferente y (e) la evolución del tiempo T 2 relajación en una solución de neridronato-IONP como una función del tiempo y la concentración de calcio (protocolo TEM ref: NIST - NCL Protocolo Común Ensayo , PCC-X, la medición del tamaño de las nanopartículas el uso de microscopía electrónica de transmisión). Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2
Figura 2: Los datos de resonancia magnéticade la placa (a) En vivo resonancia magnética de la ApoE - / - ratón antes (arriba) y una hora después de la inyección iv de neridronato-IONP (parte inferior).; (B) de la placa a la intensidad relativa de la señal muscular antes (basal) y una hora después de la inyección iv de neridronato-IONP; (C) el hígado al músculo intensidad relativa de la señal en diferentes puntos de tiempo después de la inyección de neridronato-IONP y (d) ex imágenes in vivo de la aorta durante dos ratones, con y sin la inyección de nanopartículas 5. Haga clic aquí para ver una más grande versión de esta figura.

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Discussion

Las nanopartículas de óxido de hierro (IONP) son uno de los nanomateriales más importantes y se ha utilizado para diferentes aplicaciones, desde hace mucho tiempo. El uso de estos materiales como agente de contraste para resonancia magnética nuclear (RMN) es un campo bien establecido. Sin embargo, las rutas de síntesis a menudo toman varias veces y el entorno es complicado. Debido a reducir drásticamente los tiempos de reacción y mejora la reproducibilidad el uso de la síntesis impulsada por microondas parece ser una buena alternativa para la producción de nanopartículas de alta calidad. En el protocolo descrito anteriormente, la tecnología de microondas se ha utilizado para la síntesis de dos nanopartículas diferentes. Microondas permite un ajuste fino de los parámetros principales que pueden afectar a las características finales de las partículas. Es importante tener en cuenta que las propiedades físicas de las nanopartículas cambiarán si se cambian cualquiera de las condiciones descritas. Dado que algunos productos químicos se utilizan en el procedimiento de síntesis, la Purification pasos son críticos para obtener nanopartículas de alta calidad.

En OA-IONP exceso de agentes tensioactivos se utilizan con el fin de obtener suficiente estabilidad en las nanopartículas. Después de la síntesis, tres etapas de purificación son obligatorios para eliminarlo. Para la síntesis de ácido azelaico-IONP, se requieren dos etapas de microondas diferentes. En la segunda etapa, el tamaño final de las partículas se puede ajustar de ultra pequeño IONP (D h <50 nm) usando pH = 2,9 a mayor tamaño hidrodinámico (D h> 50 nm) usando pH fisiológico. En la purificación de la azelaico ácido-IONP, la cantidad de NaOH utilizado es esencial. cantidad suficiente de NaOH tiene que ser añadido para estabilizar las nanopartículas, sin embargo demasiados NaOH pueden desorber el agente tensioactivo a partir de las nanopartículas de representación de material inestable.

Típicamente, IONP poseen un tiempo de circulación corto en la sangre, que es una de las principales desventajas. Para su uso como agente de contraste, las nanopartículas necesitan CIRcular suficiente tiempo en la sangre para alcanzar el área deseada. Para aumentar el tiempo de circulación de la sangre en diferentes enfoques se llevan a cabo clásicamente. Estas estrategias se basan principalmente en la unión de un resto que pegilado medida el tiempo de circulación de la nanopartícula. Sin embargo, en el caso de neridronato-IONP, la acumulación se produce muy rápidamente. El uso de un aminobisfosfonato como biomolécula en las nanopartículas para dirigir la placa de ateroma es un nuevo concepto basado en las capacidades de calcio de este tipo de compuestos. Su acumulación en el área de la lesión en menos de una hora demuestra la alta afinidad de neridronato-IONP hacia calcio contenido en la placa de ateroma.

Para la visualización de la placa de ateroma, muchas técnicas avanzadas de imagen se emplean habitualmente. Entre ellos, la tomografía por emisión de positrones (PET) y la RM son las técnicas más estandarizados. PET ofrece los mejores resultados en términos de información funcional debido a la alta sensibilidad yLa RM los mejores resultados en la información anatómica debido a la alta resolución. Aunque PET podría ser la opción ideal para seguir una sonda sintética, la resolución de esta técnica en animales pequeños (~ 1 mm) restringe su uso para visualizar calcificaciones más pequeñas en las lesiones ateroscleróticas. La RM es una alternativa ideal que proporciona una mejor resolución (~ 0,1 micras). La menor sensibilidad de esta técnica no evita la visualización del agente de contraste en la región de interés y la mejor resolución permite la identificación de pequeñas calcificaciones. Además, los resultados muestran que la combinación de la rápida acumulación única de neridronato-IONP con la alta resolución de la RM es un escenario ideal para la detección de placa de ateroma en pequeños animales.

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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

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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).

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