६८Ga कोर का संश्लेषण-मैगनीज आयरन ऑक्साइड नैनोकणों दोहरी पोजीट्रान उत्सर्जन टोमोग्राफी के लिए/(टी1) चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग

Biology

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Summary

यहाँ, हम तेजी से माइक्रोवेव चालित संश्लेषण के माध्यम से६८Ga कोर-मैगनीज आयरन ऑक्साइड नैनोकणों प्राप्त करने के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं । पद्धति प्रदान करता है पीईटी/(टी1) एमआरआई नैनोकणों radiolabeling क्षमता से अधिक ९०% और ९९% की radiochemical शुद्धता के साथ एक 20-ंयूनतम संश्लेषण में ।

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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).

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Abstract

यहां, हम एक माइक्रोवेव संश्लेषण का वर्णन आयरन ऑक्साइड नैनोकणों कोर- ६८Ga. माइक्रोवेव प्रौद्योगिकी के साथ मैगनीज प्राप्त करने के लिए तेजी से और reproducible सिंथेटिक प्रक्रियाओं में सक्षम बनाता है । इस मामले में, FeCl3 और साइट्रेट trisodium नमक, लौह ऑक्साइड नैनोकणों साइट्रिक एसिड के साथ लेपित से शुरू माइक्रोवेव में 10 मिनट में प्राप्त कर रहे हैं । ये नैनोकणों ४.२ ± १.१ एनएम का एक छोटा सा कोर आकार और ७.५ ± २.१ एनएम के एक hydrodynamic आकार मौजूद है । इसके अलावा, वे एक उच्च अनुदैर्ध्य relaxivity (आर1) मूल्य के ११.९ mm-1· s-1 और एक मामूली आड़ा relaxivity मूल्य (आर2) के २२.९ mm-1· s-1है, जो एक कम r2 में परिणाम /आर1 १.९ के अनुपात । इन मूल्यों के बजाय नकारात्मक विपरीत, सामांयतः आयरन ऑक्साइड नैनोकणों के साथ प्रयोग किया जाता चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) में सकारात्मक विपरीत पीढ़ी को सक्षम करें । इसके अलावा, अगर एक ६८जीई/६८ga जनरेटर से एक ६८जीएसीएल3 रेफरेंस शुरू सामग्री में जोड़ा जाता है, एक नैनो-रेडियो ट्रेसर ६८Ga के साथ मैगनीज प्राप्त की है । उत्पाद एक उच्च radiolabeling उपज (> ९०%), चाहे प्रारंभिक गतिविधि का इस्तेमाल किया के साथ प्राप्त की है । इसके अलावा, एक एकल शुद्धि चरण प्रदान करता है नैनो-radiomaterial vivo मेंइस्तेमाल किया जा करने के लिए तैयार है ।

Introduction

चिकित्सा प्रयोजनों के लिए इमेजिंग तकनीक का संयोजन multimodal जांच1,2,3संश्लेषित करने के लिए विभिंन तरीकों के लिए खोज शुरू हो गया है । पोजीट्रान उत्सर्जन टोमोग्राफी (पीईटी) स्कैनर और एमआरआई के स्थानिक संकल्प की संवेदनशीलता के कारण, पालतू/एमआरआई संयोजन सबसे आकर्षक संभावनाओं में से एक होने लगते हैं, एक ही समय में संरचनात्मक और कार्यात्मक जानकारी प्रदान4। एमआरआई में, टी2-भारित दृश्यों का इस्तेमाल किया जा सकता है, जिसमें वे संचित ऊतकों काला । टी1-भारित दृश्यों का भी इस्तेमाल किया जा सकता है, विशिष्ट संचय स्थान5के ब्राइटनिंग का उत्पादन । उनमें से, सकारात्मक इसके विपरीत अक्सर सबसे पर्याप्त विकल्प है, के रूप में नकारात्मक इसके विपरीत यह बहुत अंतर्जात hypointense क्षेत्रों से संकेत है, उन अक्सर ऐसे6फेफड़ों के रूप में अंगों द्वारा प्रस्तुत सहित अंतर कठिन बनाता है । परंपरागत रूप से, Gd आधारित आणविक जांच सकारात्मक विपरीत प्राप्त करने के लिए नियोजित किया गया है । हालांकि, Gd आधारित विपरीत एजेंटों एक प्रमुख दोष मौजूद, अर्थात् उनके विषाक्तता, जो गुर्दे की समस्याओं के साथ रोगियों में महत्वपूर्ण है7,8,9. यह टी1 इसके विपरीत एजेंटों के रूप में उनके उपयोग के लिए संगत सामग्री के संश्लेषण में अनुसंधान के लिए प्रेरित किया है । एक दिलचस्प तरीका आयरन ऑक्साइड नैनोकणों (IONPs), एक अत्यंत छोटे कोर आकार, कि सकारात्मक10विपरीत प्रदान के साथ का उपयोग है । इस अत्यंत छोटे कोर (~ 2 एनएम) के कारण, Fe3 + आयनों की सबसे सतह पर हैं, के साथ 5 भ्रष्ट इलेक्ट्रॉनों प्रत्येक । इस अनुदैर्ध्य छूट समय बढ़ जाती है (r1) मूल्यों और पैदावार बहुत कम आड़ा/अनुदैर्ध्य (आर2/1) पारंपरिक IONPs की तुलना में अनुपात, वांछित सकारात्मक उत्पादन 11कंट्रास्ट ।

पालतू जानवर के लिए एक पोजीट्रान उत्सर्जक के साथ IONPs गठबंधन करने के लिए, वहां दो प्रमुख मुद्दों को ध्यान में रखना: रेडियो आइसोटोप चुनाव और nanoparticle radiolabeling हैं । पहले अंक के बारे में, ६८Ga एक आकर्षक विकल्प है । यह एक अपेक्षाकृत कम आधा जीवन है (६७.८ मिनट) । इसका आधा जीवन पेप्टाइड लेबलिंग के लिए उपयुक्त है क्योंकि यह आम पेप्टाइड वितरण समय से मेल खाता है । इसके अलावा, ६८Ga एक जनरेटर में उत्पादित, बेंच मॉड्यूल में संश्लेषण को सक्षम करने और12,13,14के पास एक साइक्लोट्रॉन के लिए आवश्यकता से परहेज । nanoparticle को radiolabel करने के लिए, सरफेस-लेबलिंग रेडियो आइसोटोप शामिल करना प्रचलित रणनीति है । यह एक ligand है कि chelates ६८Ga या nanoparticle की सतह की ओर radiometal के अपनत्व का लाभ लेने का उपयोग किया जा सकता है । IONPs के विषय में साहित्य में सबसे अधिक उदाहरण एक chelator का प्रयोग करते हैं. heterocyclic लाइगैंडों के उपयोग के उदाहरण हैं जैसे 1, 4, 7, 10-tetraazacyclododecane-1, 4, 7, 10-tetraacetic एसिड (DOTA)15, 1, 4, 7-triazacyclononane-1, 4, 7-triacetic एसिड (नोटा)16,17, और 1, 4, 7- triazacyclononane, १-glutaric एसिड-४, ७-एसिटिक अम्ल (NODAGA)१८, तथा २, ३-dicarboxypropane-१, १-diphosphonic अम्ल (DPD), एक tetradentate ligand १९का उपयोग. माड़ू एट अल. 20 २०१४ में एक chelator मुक्त रणनीति विकसित एक chelator मुक्त विधि का उपयोग कर एक और समूह के पीछे21द्वारा इस्तेमाल IONPs लेबल ।

हालांकि, इस दृष्टिकोण के प्रमुख कमियां vivo transmetalation में , कम radiolabeling पैदावार, और कम रहने वाले आइसोटोप22,23,24के लिए अनुपयुक्त लंबा प्रोटोकॉल के एक उच्च जोखिम शामिल हैं । इस कारण से, वोंग एट अल । 25 कोर-मैगनीज नैनोकणों का पहला उदाहरण विकसित, माइक्रोवेव प्रौद्योगिकी का उपयोग कर एक 5-ंयूनतम संश्लेषण में IONPs के कोर में ६४घन को शामिल करने के प्रबंध ।

यहां, हम nanoparticle के कोर में रेडियोन्यूक्लाइड शामिल करने के लिए एक तेजी से और कुशल प्रक्रिया का वर्णन, eluding पारंपरिक तरीकों से प्रस्तुत की कमियां के कई । इस प्रयोजन के लिए, हम एक माइक्रोवेव चालित संश्लेषण (मेगावाट बिजली) के उपयोग का प्रस्ताव है, जो प्रतिक्रिया समय काफी कम कर देता है, पैदावार बढ़ जाती है, और IONP संश्लेषण में reproducibility, गंभीर रूप से महत्वपूर्ण मापदंडों को बढ़ाता है । मेगावाट बिजली के परिष्कृत प्रदर्शन अचालक हीटिंग के कारण है: आणविक dipoles के रूप में तेजी से नमूना हीटिंग बारी बिजली के क्षेत्र के साथ संरेखित करने की कोशिश, जा रहा है ध्रुवीय सॉल्वैंट्स और रिएजेंट संश्लेषण के इस प्रकार के लिए और अधिक कुशल । इसके अलावा, एक surfactant के रूप में साइट्रिक एसिड का उपयोग, एक साथ माइक्रोवेव प्रौद्योगिकी के साथ, अत्यंत छोटे नैनोकणों में परिणाम, एक दोहरी टी उत्पादन1-भारित एमआरआई/पीईटी26 संकेत, स्पेसिफिकेशंस चिह्नित ६८Ga कोर-मैगनीज आयरन ऑक्साइड के रूप में नैनोकणों (६८गा-ग-IONP) ।

प्रोटोकॉल माइक्रोवेव प्रौद्योगिकी के उपयोग को जोड़ती है, ६८जीएसीएल3 पोजीट्रान उत्सर्जक के रूप में, लौह क्लोराइड, सोडियम साइट्रेट, और hydrazine हाइड्रेट, दोहरी टी में जिसके परिणामस्वरूप1-भारित एमआरआई/पालतू nanoparticulate सामग्री मुश्किल से 20 मिनट में । इसके अलावा, यह भौतिक के मुख्य नैनोकणों गुणों पर कोई महत्वपूर्ण प्रभाव के साथ ६८Ga गतिविधियों (३७ MBq, १११ MBq, ३७० MBq, और १११० MBq) की एक सीमा से अधिक सुसंगत परिणाम पैदावार । उच्च ६८Ga गतिविधियों का उपयोग कर विधि का reproducibility, बड़े पशु मॉडल या मानव अध्ययन सहित संभव अनुप्रयोगों के क्षेत्र फैली हुई है । इसके अलावा, विधि में शामिल एक एकल शुद्धि कदम है । इस प्रक्रिया में, नि: शुल्क गैलियम, लौह क्लोराइड, सोडियम साइट्रेट, और hydrazine हाइड्रेट के किसी भी अतिरिक्त जेल निस्पंदन द्वारा हटा रहे हैं । कुल मुक्त आइसोटोप उन्मूलन और नमूने की शुद्धता कोई विषाक्तता सुनिश्चित करने और इमेजिंग संकल्प को बढ़ाने. अतीत में, हम पहले से ही लक्षित आणविक इमेजिंग27,28में इस दृष्टिकोण की उपयोगिता का प्रदर्शन किया है ।

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Protocol

1. रिएजेंट तैयारी

  1. ०.०५ एम एचसीएल
    1. ०.०५ मीटर एचसीएल को ३७% एचसीएल के ५० एमएल के २०८ µ l को जोड़कर आसुत जल तैयार करें ।
  2. उच्च प्रदर्शन तरल क्रोमैटोग्राफी eluent
    1. सोडियम dihydrogen फॉस्फेट मोनोहाइडे, ७.१ ग्राम के disodium हाइड्रोजन फॉस्फेट, सोडियम क्लोराइड के ८.७ ग्राम के ६.९ ग्राम को भंग करके उच्च प्रदर्शन तरल क्रोमैटोग्राफी (HPLC) eluent को तैयार करें और सोडियम azide के ०.७ ग्राम को 1 L पानी में. अच्छी तरह मिलाएं और पीएच की जांच करें । एक ०.१-µm cutoff बाँझ फिल्टर और degas उपयोग करने से पहले के माध्यम से eluent दर्रा. स्वीकृति सीमा: pH ६.२-७.० (यदि नहीं, तो NaOH [1 m] या HCl [5 m]) के साथ समायोजित करें ।

2. साइट्रेट-लेपित आयरन ऑक्साइड नैनोकणों का संश्लेषण

  1. भंग ७५ FeCl के मिलीग्राम3· 6H2ओ और ८० मिलीग्राम पानी की 9 मिलीलीटर में साइट्रिक एसिड trisodium नमक डाईहाइड्रेट ।
    नोट: इन मात्रा प्रदान अंतिम शुद्ध नैनोकणों के 12 मिलीलीटर ([Fe] ~ १.४ मिलीग्राम · एमएल-1) । मात्रा २.५ मिलीलीटर की अंतिम मात्रा प्राप्त करने के लिए नीचे स्केल किया जा सकता है ।
  2. इस मिश्रण को माइक्रोवेव में डाल कर कुप्पी के अनुकूल रखें ।
  3. माइक्रोवेव में एक गतिशील प्रोटोकॉल लोड । १२० डिग्री सेल्सियस के लिए तापमान सेट, 10 मिनट के लिए समय, २५० साई के लिए दबाव, और २४० डब्ल्यू करने के लिए बिजली
  4. प्रतिक्रिया करने के लिए hydrazine हाइड्रेट के 1 मिलीलीटर जोड़ें ।
    नोट: Hydrazine हाइड्रेट आयरन की कमी शुरू होता है । इसलिए, समाधान की उपस्थिति में एक परिवर्तन, हल्के पीले से भूरे रंग के लिए मनाया जाता है ।
  5. माइक्रोवेव प्रोटोकॉल शुरू करें ।
  6. इस बीच, आसुत पानी की 20 मिलीलीटर के साथ एक जेल निस्पंदन लवण स्तंभ कुल्ला ।
  7. एक बार प्रोटोकॉल समाप्त हो गया है, कुप्पी कमरे के तापमान पर शांत करने के लिए अनुमति देते हैं ।
  8. पिपेट २.५ कॉलम पर अंतिम मिश्रण के एमएल और प्रवाह के माध्यम से त्यागें ।
    नोट: माइक्रोवेव ६० डिग्री सेल्सियस पर प्रोटोकॉल बंद हो जाता है; नैनोकणों ६० डिग्री सेल्सियस पर जेल निस्पंदन कॉलम में सीधे जोड़ा जा सकता है ।
  9. कॉलम में आसुत जल के 3 मिलीलीटर जोड़ें और एक गिलास शीशी में नैनोकणों इकट्ठा ।
    नोट: नैनोकणों 1 सप्ताह के लिए कमरे के तापमान पर संग्रहित किया जा सकता है । इस समय के बाद, nanoparticle एकत्रीकरण प्रकट होता है, उनके hydrodynamic आकार में वृद्धि.

3. ६८ga कोर का संश्लेषण-मैगनीज आयरन ऑक्साइड नैनोकणों (६८ga-C-IONP)

  1. डाल ७५ मिलीग्राम FeCl3· 6H2ओ और ८० मिलीग्राम साइट्रिक एसिड trisodium नमक डाईहाइड्रेट माइक्रोवेव में-कुप्पी अनुकूलित ।
  2. Elute ६८जीई/६८Ga जनरेटर की सिफारिश की मात्रा और एचसीएल की एकाग्रता का उपयोग कर, विक्रेता के अनुसार (हमारे मामले में, ०.०५ एम एचसीएल के 4 मिलीलीटर) । स्व-परिरक्षण जनरेटर में उस मात्रा के इंजेक्शन के बाद, (4 एमएल के) ६८जीएसीएल3 प्राप्त, आगे की प्रक्रिया के बिना उपयोग के लिए तैयार है.
    नोट: चरण ३.२-३.१२ के लिए संबंधित रेडियोधर्मिता सुरक्षा उपायों का पालन करें । ६८ Ga एक पोजीट्रान और गामा उत्सर्जक आइसोटोप है. ऑपरेटर द्वारा विकिरण के लिए जोखिम से बचने के लिए उपयुक्त सुरक्षा उपायों का उपयोग महत्वपूर्ण है । शोधकर्ताओं ने एक अलारा का पालन करना होगा (के रूप में यथोचित प्राप्त करने के रूप में कम) प्रोटोकॉल ठेठ परिरक्षण और रेडियोन्यूक्लाइड-हैंडलिंग प्रक्रियाओं का उपयोग. इसके अलावा, एक अंगूठी, शरीर बैज, और एक संदूषण डिटेक्टर का उपयोग अनिवार्य है ।
  3. माइक्रोवेव के लिए ६८जीएसीएल3 के 4 मिलीलीटर जोड़ें कुप्पी अनुकूलित । यह मात्रा जनरेटर गतिविधि और अंतिम नैनोकणों की वांछित गतिविधि पर निर्भर करता है, छोटे हो सकते हैं ।
  4. कुप्पी में आसुत जल के 5 मिलीलीटर पिपेट और अच्छी तरह मिलाएं ।
  5. माइक्रोवेव में एक गतिशील प्रोटोकॉल लोड । १२० डिग्री सेल्सियस के लिए तापमान सेट, 10 मिनट के लिए समय, २५० साई के लिए दबाव, और २४० डब्ल्यू करने के लिए बिजली
  6. प्रतिक्रिया करने के लिए hydrazine हाइड्रेट के 1 मिलीलीटर जोड़ें ।
    नोट: Hydrazine हाइड्रेट आयरन की कमी शुरू होता है । इसलिए, समाधान की उपस्थिति में एक परिवर्तन, हल्के पीले से भूरे रंग के लिए मनाया जाता है ।
  7. माइक्रोवेव प्रोटोकॉल शुरू करें ।
  8. इस बीच, आसुत पानी की 20 मिलीलीटर के साथ एक जेल निस्पंदन लवण स्तंभ कुल्ला ।
  9. एक बार प्रोटोकॉल समाप्त हो गया है, कुप्पी कमरे के तापमान पर शांत करने के लिए अनुमति देते हैं ।
  10. पिपेट २.५ कॉलम पर अंतिम मिश्रण के एमएल और प्रवाह के माध्यम से त्यागें ।
    नोट: माइक्रोवेव ६० डिग्री सेल्सियस पर प्रोटोकॉल बंद हो जाता है; नैनोकणों सीधे ६० डिग्री सेल्सियस पर जेल निस्पंदन कॉलम में जोड़ा जा सकता है ।
  11. कॉलम में आसुत जल के 3 मिलीलीटर जोड़ें और एक गिलास शीशी में नैनोकणों इकट्ठा ।
  12. एक अच्छी तरह से प्रकार डिटेक्टर का उपयोग radiolabeling दक्षता की गणना. इस पैरामीटर आमतौर पर प्रतिक्रिया में शामिल ६८Ga की गतिविधि के उपाय । सिंथेटिक और शोधन प्रक्रियाओं के बाद, शुद्ध नमूना की गतिविधि मापा जाता है । क्योंकि कम आधा ६८Ga के जीवन, प्रारंभिक गतिविधि के लिए समय पर सही किया जाना है (टी) । समय के साथ सामांयीकरण मानक समीकरण निंनानुसार है:
    nT = n0 · ई-λt
    यहाँ
    एनटी: समय पर गिना जाता है (टी)
    N0: समय (t) में गिना जाता है = 0
    λ: क्षय स्थिरांक
    टी: बीता हुआ समय
    Equation
    नोट: Radiolabeling दक्षता ९०%-९५% के बीच होना चाहिए ।

4. ६८ga कोर का विश्लेषण-मैगनीज आयरन ऑक्साइड नैनोकणों (६८ga-C-IONP)

  1. गतिशील प्रकाश कैटरिंग
    1. ६८Ga-C-IONP के hydrodynamic आकार को मापने के लिए डायनेमिक लाइट कैटरिंग (DLS) का उपयोग करें । पिपेट ६० एक cuvette में नमूने के µ एल और नमूना प्रति तीन आकार माप प्रदर्शन करते हैं । reproducibility सुनिश्चित करने के लिए, यह कई nanoparticle बैचों के साथ दोहराया जाना चाहिए ।
  2. कोलाइडयन स्थिरता
    1. ६८Ga-C-IONP की कोलाइडयन स्थिरता का आकलन अलग-अलग समय के लिए विभिन्न बफ़र्स (पंजाबियों, खारा, और माउस सीरम) में मशीन के बाद नमूने के hydrodynamic आकार को मापने के द्वारा, 0 से 24 h तक लेकर, प्रत्येक बफ़र में ३७ में नमूना के ५०० µ l की मशीन ° c. चयनित समय पर ले ६०-µ l aliquots और उनके cuvettes आकार को मापने के लिए उन्हें DLS hydrodynamic में पिपेट ।
  3. इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी
    1. संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (उनि) और कुंडलाकार डार्क-फील्ड इमेजिंग (स्टेम HAADF) (रेफरी उनि प्रोटोकॉल: NIST-एनसीएल संयुक्त परख प्रोटोकॉल, पीसीसी एक्स का उपयोग कर, नैनोकणों के आकार को मापने के ६८Ga-C-IONP के मूल आकार का विश्लेषण संचरण इलेक्ट्रॉन का उपयोग माइक्रोस्कोपी).
  4. जेल निस्पंदन रेडियो-वर्णलेख
    1. Fractionate में रेफरेंस को ५००-µ l aliquots के दौरान जेल-निस्पंदन शुद्धिकरण चरण और एक activimeter का उपयोग कर हर एक में रेडियोधर्मिता मौजूद मापने; इस प्रकार, एक जेल छानने का वर्णलेख प्रतिपादन ।
  5. ६८Ga-C-IONP की Radiochemical स्थिरता
    1. ३७ डिग्री सेल्सियस (दोहराया 3x) में 30 मिनट के लिए माउस सीरम में ६८Ga-C-IONP की मशीन । उस समय के बाद, ultrafiltration द्वारा नैनोकणों शुद्ध और नैनोकणों में मौजूद रेडियोधर्मिता और छानने का उपाय. कोई गतिविधि अलग छानने का कार्य में पता लगाया जाना चाहिए ।
  6. Relaxometry
    1. उपाय अनुदैर्ध्य (टी1) और अनुप्रस्थ (टी2) १.५ टी और ३७ डिग्री सेल्सियस पर एक relaxometer में छूट बार । चार अलग सांद्रता के ६८Ga-C-IONP (2 मिमी, 1 मिमी, ०.५ मिमी, और ०.२५ मिमी) मापा जाना चाहिए. प्लॉट छूट दर (r1= 1/t1, r2= 1/t2) लौह एकाग्रता के खिलाफ । वक्र की ढलान प्राप्त रेंडर करता है r1 और r2 मान ।
  7. श्री और पालतू प्रेत छवियां
    1. ६८Ga-C-IONP (0 मिमी, 1 मिमी, ६.५ मिमी, और ९.० मिमी) के कमजोर पड़ने वाले संकेतों की एक श्रृंखला के लिए सीटू श्री (टी1-भारित अनुक्रम) और पालतू प्रेत छवियों में प्राप्त पालतू गतिविधि और एमआरआई के साथ संबंध में बढ़ती संकेत का पालन करने के लिए ।

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Representative Results

६८ Ga-C-IONP FeCl3, ६८जीएसीएल3, साइट्रिक एसिड, पानी, और hydrazine हाइड्रेट संयोजन द्वारा संश्लेषित किया गया । इस मिश्रण 10 मिनट के लिए १२० डिग्री सेल्सियस और नियंत्रित दबाव में २४० डब्ल्यू के लिए माइक्रोवेव में पेश किया गया था । एक बार नमूना कमरे के तापमान के लिए नीचे ठंडा था, नैनोकणों जेल निस्पंदन द्वारा शुद्ध थे unreact FeCl3, साइट्रेट, hydrazine हाइड्रेट) और मुक्त ६८Ga (आंकड़ा 1) को समाप्त करने के लिए प्रतिक्रिया व्यक्त की प्रजातियों ।

६८Ga-C-IONP का hydrodynamic आकार डायनामिक लाइट कैटरिंग (DLS) का उपयोग करके मापा गया था. यह एक संकीर्ण आकार वितरण (PDI ०.२) का पता चला और ७.९ एनएम के hydrodynamic आकार मतलब है । पांच अलग syntheses प्रमाणित विधि reproducibility (चित्रा 2a) की माप । कई ६८Ga-सी-IONP syntheses के जीटा क्षमता nanoparticle सतह के आरोप का विश्लेषण करने के लिए मापा गया था; मतलब मूल्य प्राप्त किया गया था-३६.५ एमवी । ६८ Ga-c-IONP अलग मीडिया में ३७ डिग्री सेल्सियस पर विभिंन समय के दौरान मशीन था जैविक समाधान में nanoparticle स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए । hydrodynamic आकार अलग समय पर मापा गया था, खुलासा ६८Ga-C-IONP hydrodynamic आकार कोई महत्वपूर्ण परिवर्तन ग्रस्त है, जिसका अर्थ है नमूना अलग बफ़र्स और सीरम में स्थिर है (चित्रा b). क्योंकि फास्ट हीटिंग माइक्रोवेव प्रौद्योगिकी का उपयोग कर हासिल की, नैनोकणों वर्तमान अल्ट्रा के बारे में 4 एनएम के छोटे कोर आकार । इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी छवियों सजातीय कोर आकार और एकत्रीकरण (चित्रा 2c) के अभाव का पता चला । ६८ga-C-IONP के एक जेल निस्पंदन वर्णलेख एक मुख्य रेडियोधर्मिता चोटी नैनोकणों करने के लिए इसी से पता चलता है, एक कम चोटी कि ६८Ga (चित्रा 2d) मुक्त करने के लिए संगत द्वारा पीछा किया । नमूना शुद्धि के बाद गणना की radiolabeling उपज ९२% थी । इस उत्कृष्ट radiolabeling उपज ७.१ GBq/mmol Fe की एक लोहे की राशि के सापेक्ष एक विशिष्ट गतिविधि में अनुवाद किया गया था । एमआरआई के लिए एक विपरीत एजेंट के रूप में ६८Ga-C-IONP की क्षमता अनुदैर्ध्य (आर1) और आड़ा (आर2) विश्राम के समय को मापने के द्वारा जांच की थी । ये पांच अलग ६८Ga-c-IONP syntheses पर ३७ डिग्री सेल्सियस और १.५ टी के लिए मापा गया । एक उत्कृष्ट माध्य r1 का मान ११.९ mm-1· s-1 और एक मामूली आर2 मान २२.९ mm-1· s-1 प्राप्त किया गया था, एक औसत आर2/ १.९ का अनुपात, अर्थ ६८Ga-C-IONP टी1के लिए आदर्श है भारित एमआरआई (चित्रा 2e) । इस परिकल्पना की पुष्टि करने के लिए, ६८ga-c-IONP की क्षमता एक एमआरआई और पालतू सिग्नल में टी1 इसके विपरीत उत्पादन करने के लिए अलग ६८Ga-C-IONP सांद्रता में पालतू और श्री प्रेत छवियों के अधिग्रहण के साथ जांच की थी । के रूप में लौह एकाग्रता बढ़ जाती है, तो श्री प्रेत में सकारात्मक विपरीत करता है । एक बढ़ती लौह एकाग्रता से तात्पर्य है एक बढ़ती ६८Ga एकाग्रता के रूप में अच्छी तरह से; इसलिए, पीईटी सिग्नल तेजी से तीव्र (चित्रा 2f) है ।

Figure 1
चित्रा 1: सिंथेटिक कदम प्रोटोकॉल में पीछा किया । पुरोगामी एक माइक्रोवेव कुप्पी में जोड़ रहे है और 10 मिनट के लिए १२० ° c पर hydrazine हाइड्रेट इसके अलावा पर माइक्रोवेव में शुरू की, जिसके बाद नैनोकणों प्राप्त कर रहे हैं । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्र 2: ६८Ga-C-IONP लक्षण वर्णन । () यह पैनल ६८Ga-C-IONP के पांच विभिन्न syntheses की hydrodynamic आकार वितरण (वॉल्यूम भारित) दिखाता है. () इस पैनल से पता चलता है hydrodynamic आकार (अधिकतम चोटी में मात्रा, IONP ± एसडी) के ६८Ga-C-पंजाबियों, खारा, और माउस सीरम में (टी = 0 एच से टी = 24 ज) । () ये तने-HAADF (बाएँ) और उनि (दाएँ) ६८गा-सी-IONP की छवियाँ हैं. स्केल सलाखों के 20 एनएम हैं । () यह पैनल एक जेल निस्पंदन रेडियो-वर्णलेख से पता चलता है । () यह पैनल अनुदैर्ध्य (r1) और आड़ा (r2) relaxivity मूल्यों को दर्शाता है, और पांच ६८Ga-C-IONP syntheses के लिए आर2/आर1 अनुपात ( मतलब ± एसडी) । () ये श्री और पालतू प्रेत अलग ६८Ga-C-IONP सांद्रता के चित्र हैं । () यह एक मुख्य ६८Ga-C-IONP विशेषताओं का सारांश तालिका है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

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Discussion

आयरन ऑक्साइड नैनोकणों टी2-भारित एमआरआई के लिए एक अच्छी तरह से स्थापित विपरीत एजेंट हैं । हालांकि, कुछ विकृतियों के निदान के लिए इसके विपरीत के इस प्रकार की कमियां के कारण, टी1-भारित या उज्ज्वल इसके विपरीत कई बार पसंद है । नैनोकणों यहां प्रस्तुत न केवल एमआरआई में सकारात्मक विपरीत की पेशकश की इन सीमाओं पर काबू पाने के लिए, लेकिन यह भी ऐसे पीईटी के रूप में एक कार्यात्मक इमेजिंग तकनीक, में एक संकेत प्रदान करते हैं, उनके कोर में ६८Ga निगमन के द्वारा । माइक्रोवेव प्रौद्योगिकी इस reproducible nanoparticle संश्लेषण को बढ़ाता है, काफी लगभग 20 मिनट (एक शुद्धि चरण सहित) की कुल करने के लिए प्रतिक्रिया समय को कम करने. यह भी nanoparticle के कोर में एक बार में रेडियो आइसोटोप शामिल करने की अनुमति देता है; एक अतिरिक्त एक सतह लेबलिंग दृष्टिकोण है कि स्पष्ट रूप से प्रतिक्रिया समय का विस्तार होगा में आवश्यक कदम दबा । यह एक प्रमुख लाभ है, खासकर जब ६८Ga (t1/2 = ६८.८ मिनट) के रूप में कम आधे रहते आइसोटोप के साथ काम कर रहे. इसके अलावा, radiolabeling प्राप्त उपज (९२%) लगभग तिगुना इस nanoparticle-radiolabeling दृष्टिकोण का उपयोग कर अग्रणी अध्ययन द्वारा प्राप्त एक है (वोंग एट अल । 25). यह भी पिछले दृष्टिकोण के संबंध में काफी सुधार का प्रतिनिधित्व करता है, के रूप में से कम 20 मिनट में एक उत्कृष्ट radiolabeling उपज के साथ आंतरिक रूप से radiolabeled नैनोकणों प्राप्त किया जा सकता है; इस प्रकार, vivo रेडियो आइसोटोप टुकड़ी या transmetalation जोखिम में नष्ट करने और सुनिश्चित करना है कि पीईटी संकेत प्राप्त नैनो-रेडियो ट्रेसर से और मुक्त ६८Ga से नहीं आता है । यह इसके विपरीत एजेंटों के रूप में अपने संभावित उपयोग को कम करेगा ।

के रूप में ६८Ga-C-IONP शारीरिक तापमान पर अलग मीडिया में स्थिर हैं, vivo में कोई एकत्रीकरण जगह ले जाएगा; इसलिए लंबे रक्त परिसंचारी बार पेश. जेल निस्पंदन शुद्धि चरण मुक्त ६८ga अंश है कि nanoparticle कोर में शामिल नहीं किया गया है समाप्त, पालतू संकेत सुनिश्चित करने के लिए पूरी तरह से ६८Ga-C-IONP द्वारा प्रदान की जाती है । बकाया आर1 मूल्य, साथ में कम आर2/आर1 अनुपात, उच्च radiolabeling उपज, और विशिष्ट गतिविधि, ६८Ga-C-IONP खुराक है कि एक उपयुक्त प्राप्त करने के लिए आवश्यक है की अनुमति देगा पालतू और एमआरआई में इसके विपरीत में संकेत कम हो ।

नैनो-रेडियो ट्रेसर यहां प्रस्तुत दर्शाता है कि नैनो और radiochemistry के संयोजन एक नया उपकरण है कि में vivo का पता लगाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता प्रदान कर सकते है जैविक प्रक्रियाओं या विभिंन विकृतियों पीईटी और टी1के माध्यम से- भारित एमआरआई । यह पहले से ही इस्तेमाल किया गया है पीईटी और angiogenesis के एमआरआई द्वारा पता लगाने में सफलतापूर्वक एक murine27moiety लक्ष्यीकरण के रूप में RGD पेप्टाइड का उपयोग कर मॉडल. ६८ Ga-C-IONP भी नियोजित किया गया है, एक formyl पेप्टाइड रिसेप्टर 1 के साथ संयुक्त (FPR-1) विरोधी, एक गैर इनवेसिव तरह28में पालतू द्वारा फेफड़ों की सूजन का पता लगाने में न्यूट्रोफिल लक्ष्य.

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Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

इस अध्ययन में अर्थव्यवस्था और प्रतिस्पर्धात्मकता के लिए स्पेनी मंत्रालय (MEyC) (अनुदान संख्या: SAF2016-79593-पी) और कार्लोस III स्वास्थ्य अनुसंधान संस्थान (अनुदान संख्या: DTS16/00059) से अनुदान द्वारा समर्थित था । CNIC Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades) और प्रो CNIC फाउंडेशन द्वारा समर्थित है और एक Severo Ochoa सेंटर ऑफ एक्सीलेंस (MEIC अवार्ड SEV-2015-0505) है ।

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

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