Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

ووصف إجراءات مفصلة لتركيب لأزيد المسمى I-125 وradiolabeling من dibenzocyclooctyne (DBCO) -group مترافق، جزيئات الذهب 13 نانومتر الحجم باستخدام خالية من النحاس فوق رد فعل.

Abstract

Here, we demonstrate a detailed protocol for the radiosynthesis of a 125I-labeled azide prosthetic group and its application to the efficient radiolabeling of DBCO-group-functionalized gold nanoparticles using a copper-free click reaction. Radioiodination of the stannylated precursor (2) was carried out by using [125I]NaI and chloramine T as an oxidant at room temperature for 15 min. After HPLC purification of the crude product, the purified 125I-labeled azide (1) was obtained with high radiochemical yield (75 ± 10%, n = 8) and excellent radiochemical purity (>99%). For the synthesis of radiolabeled 13-nm-sized gold nanoparticles, the DBCO-functionalized gold nanoparticles (3) were prepared by using a thiolated polyethylene glycol polymer. A copper-free click reaction between 1 and 3 gave the 125I-labeled gold nanoparticles (4) with more than 95% of radiochemical yield as determined by radio-thin-layer chromatography (radio-TLC). These results clearly indicate that the present radiolabeling method using a strain-promoted copper-free click reaction will be useful for the efficient and convenient radiolabeling of DBCO-group-containing nanomaterials.

Introduction

The strain-promoted copper-free click reaction between azides and cyclooctynes has been extensively applied to the efficient bioorthogonal labeling of a wide range of biomolecules, nanomaterials, and living subjects1-7. Due to the excellent site-specificity and rapid reaction rate of this conjugation reaction, it has also been used to synthesize radiolabeled tracers. A few 18F-labeled azide or DBCO prosthetic groups have been prepared for in vitro labeling of various cancers targeting peptides and antibodies, as well as for in vivo pre-targeted imaging of tumors8-13. In addition to these examples, the same conjugation reaction was applied to the metal-radioisotope-labeling of nanomaterials for positron emission tomography (PET) imaging studies14-16.

For several decades, radioactive iodines have been used for biomedical research and clinical trials through PET imaging (124I), single-photon emission computed tomography (SPECT) imaging (123I, 125I), and thyroid cancer treatment (131I)17-21. Therefore, an efficient method for radioactive iodine labeling is fundamentally important for various investigations, including molecular imaging studies, analysis of organ distribution of biomolecules, biomarker identification, and drug development. A copper-free click reaction strategy could be used in radioactive iodine labeling. However, this application has not been investigated as extensively as 18F-labeled biomolecules22-23. Here, we will provide a step-by-step protocol for the synthesis of an 125I-labeled azide for radiolabeling of DBCO-group-derived molecules. The procedures in the present report will include radioiodination of the stannylated precursor, purification steps with HPLC, and solid phase extraction. We also demonstrate efficient radiolabeling of DBCO-group-modified 13-nm-sized gold nanoparticles using the 125I-labeled azide. The detailed protocol in this report will help synthetic chemists understand a new radiolabeling methodology for the synthesis of radiolabeled products.

Protocol

تحذير: الشكل المؤكسد من اليود المشع متقلبة جدا ويجب التعامل مع الدروع الرصاص كافية وقارورة الرصاص. ينبغي تنفيذ جميع الخطوات الإشعاعية في غطاء محرك السيارة التي تم تصفيتها الفحم جيد التهوية، وتحتاج إلى مراقبة من قبل أجهزة الكشف الإشعاعي الإجراءات التجريبية.

1. إعداد مواد كيميائية وخرطوشة عكس المرحلة للتحضير لأزيد المسمى I-125

  1. إعداد الكواشف في محلول
    1. حل 1 ملغ من السلائف أزيد (2) في 150 ميكرولتر الايثانول المطلق (الشكل 1).
      ملاحظة: إجراء الاصطناعية مفصل عن مقدمة أزيد (2) ورد في الورقة السابقة 22.
    2. حل 1 ملغ الكلورامين تي في 20 ميكرولتر من 1X المالحة العازلة الفوسفات (الرقم الهيدروجيني = 7.4).
    3. حل 2 ملغ ميتابيسلفيت الصوديوم في 20 ميكرولتر H 2 O.
  2. إعداد وادننشوئها خرطوشة
    1. غسل خرطوشة tC18 مع 10 مل ايثانول المطلق تليها 10 مل H 2 O. لا تجف مصفوفة خرطوشة مع الهواء.

2. Radiosynthesis مجموعة الترقيعي أزيد المسمى I-125

  1. رد فعل Radioiodination من السلائف
    1. إضافة محلول أزيد السلائف (1 ملغ في 150 ميكرولتر من الايثانول المطلق) وحمض الخليك (10 ميكرولتر) إلى أنبوب microcentrifuge 1.5 مل.
    2. إضافة 150 من MBq [125 I] ناي في 0.1 M هيدروكسيد الصوديوم (50 ميكرولتر) إلى خليط التفاعل.
    3. إضافة إلى حل الكلورامين تي (1 ملغ في 20 ميكرولتر من 1X الفوسفات عازلة المالحة) وإغلاق أنبوب microcentrifuge تحتوي على خليط التفاعل.
    4. احتضان خليط التفاعل في درجة حرارة الغرفة لمدة 15 دقيقة حتى يتم الانتهاء من رد فعل radioiodination.
    5. إضافة إلى حل ميتابيسلفيت الصوديوم (2 ملغ في 20 ميكرولتر H 2 O) إلى خليط التفاعللإرواء رد فعل radioiodination.
    6. سحب 0.2 ميكرولتر من الناتج الخام ومن ثم تمييع مع 100 ميكرولتر من محلول (H 2 O / CH 3 CN، 1: 1) للتحليل HPLC.
      ملاحظة: للحصول على جميع التجارب HPLC، واستخدام حمض الفورميك بنسبة 0.1٪ تحتوي على H 2 O (المذيبات أ) و 0.1٪ حمض الفورميك تحتوي على الأسيتونتريل (المذيبات B) كما eluents.
    7. تحليل المنتج الخام المخفف باستخدام عكس المرحلة التحليلية راديو HPLC (C18 عكس المرحلة العمود، معدل التدفق: 1 مل / دقيقة. شاطف التدرج: 20٪ المذيبات B عن 0-2 دقائق، 20-80٪ مذيب ب ل 2-22 دقيقة، 80-100٪ المذيبات B ل22-23 دقيقة، و 100٪ المذيبات B ل23-28 دقيقة، الوقت الاحتفاظ: 16.4 دقيقة) (الشكل 2).
  2. تنقية الناتج الخام مع HPLC إعدادي
    ملاحظة: توفير ما يكفي من التدريع الرصاص حول أجزاء HPLC مثل حاقن، عمود، كاشف، قارورة جمع، والحاويات التي يتم فيها جمع النفايات السائلة.
    1. سحب الالبريد بأكمله خليط التفاعل في قارورة HPLC. شطف أنبوب تفاعل مع الأسيتونتريل (0.5 مل)، وإضافة الشطف في نفس قارورة الحقن. تمييع الحل جمعها مع H 2 O (1 مل).
    2. حقن الناتج الخام في الصعود إلى إعدادي راديو HPLC (C18 عكس المرحلة العمود، معدل التدفق: 10 مل / دقيقة، التدرج شاطف: 20٪ المذيبات B عن 0-2 دقائق، 20-80٪ مذيب ب ل22/02 دقيقة، 80-100٪ B المذيبات ل22-23 دقيقة، و 100٪ المذيبات B ل23-28 دقيقة).
    3. جمع ذروة المشعة التي تمثل أزيد المسمى I-125 (1) (ر R في ظل هذه الظروف HPLC هو 17،8-18،8 دقيقة) في أنبوب الاختبار الزجاجية (الشكل 2).
    4. قياس العائد الإشعاعية الكسر باستخدام تدريج الجرعة الإشعاعية وفقا لبروتوكول الشركة المصنعة.
    5. حقن المنتج المنقى على راديو-HPLC التحليلي باستخدام الظروف HPLC نفسها لتحديد نقاء الإشعاعية للمنتج.
  3. استخراج المرحلة الصلبة المنتج
    1. تخفيف جزء يحتوي على المنتج المطلوب (1) مع 40 مل النقي H 2 O.
    2. إضافة محلول مخفف في خرطوشة tC18 شروطا مسبقة.
    3. غسل خرطوشة مع إضافي 15 مل H 2 O.
    4. أزل المنتج (1) المحاصرين في خرطوشة مع 2 مل الأسيتون في قارورة زجاجية 10 مل محمي بواسطة درع الرصاص. قياس النشاط الإشعاعي من الناتج مزال باستخدام تدريج الجرعة الإشعاعية وفقا لبروتوكول الشركة المصنعة.
      ملاحظة: يمكن أيضا ثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO) أو الإيثانول المطلق أن تستخدم لشطف المنتج من الخرطوشة. حوالي 5-10٪ من النشاط الإشعاعي العصي عادة إلى خرطوشة، والمنتج رديولبلد المتبقية لا يمكن مزال بالكامل باستخدام الكميات الزائدة من المذيبات العضوية.
    5. يتبخر الأسيتون مع تيار النيتروجين أو غاز الأرجون.
    6. حل إعادةsidue مع DMSO (100-200 ميكرولتر) للخطوة radiolabeling المقبلة.

3. تجميع الذهب النانوية DBCO-مجموعة مترافق

  1. تعديل السطح من الذهب 13 نانومتر الحجم الجسيمات النانوية مع DBCO التي تحتوي على مجموعة البولي اثيلين جليكول
    1. النانوية الذهبية إعداد استقرت الصوديوم سترات (3) (متوسط حجم = 13 نانومتر) وفقا لتقرير سابق 24.
    2. إضافة محلول مائي من توين 20 (1 ملم، 1.5 مل) إلى جزيئات الذهب استقرت سترات (10 نانومتر، 15 مل). يهز الحل لمدة 20 دقيقة على شاكر المداري.
    3. إضافة محلول مائي من DBCO التي تحتوي على مجموعة البولي اثيلين جلايكول ثيول (متوسط ​​الوزن الجزيئي = 5000، 100 ميكرومتر، 1.5 مل). يهز الحل لمدة 2 ساعة على شاكر المداري.
  2. تنقية الذهب النانوية المعدلة DBCO-جماعة
    1. تنقية الذهب النانوية المعدلة DBCO-مجموعة (4) </ قوي> بواسطة الطرد المركزي على التوالي (11400 x ج، 15 دقيقة × 3).
    2. صب طاف وإضافة الماء النقي لإعادة تعليق من الكريات الذهب جسيمات متناهية الصغر.

4. Radiolabeling من DBCO-المعدلة مجموعة الذهب النانوية عبر خالية من النحاس انقر على رد الفعل

  1. تركيب 125 جزيئات الذهب المسمى I-باستخدام أزيد المسمى I-125 (1)
    1. تحضير محلول الذهب النانوية المعدلة DBCO-مجموعة باستخدام الطرد المركزي (11400 x ج، 15 دقيقة)، وضبط تركيز جزيئات الذهب إلى 2 ميكرومتر.
    2. إضافة 4.1 من MBq والمسمى أنا أزيد 125 (1) في DMSO (5 ميكرولتر) الى تعليق جزيئات الذهب (4) (2 ميكرومتر، 50 ميكرولتر).
    3. احتضان ينتج عن ذلك من خليط التفاعل عند 40 درجة مئوية لمدة 60 دقيقة.
    4. سحب قسامة (0.2 ميكرولتر) من الناتج الخام وتطبيقه على السيليكا المشتركATED طبقة رقيقة اللوني (TLC) لوحة.
    5. تطوير لوحة TLC باستخدام خلات الإيثيل كمرحلة النقالة.
    6. وضع لوحة TLC على الماسح الضوئي راديو TLC وتشغيل الماسح الضوئي لمراقبة رد فعل radiolabeling (الشكل 3) وفقا لبروتوكول الشركة المصنعة.
  2. تنقية الناتج الخام
    1. تنقية خليط التفاعل التي تحتوي على 125 النانوية وصفت أنا الذهب (4) عن طريق الطرد المركزي (11400 x ج، 15 دقيقة).
    2. صب طاف وإضافة الماء النقي لإعادة تعليق من الكريات الذهب جسيمات متناهية الصغر.
    3. سحب قسامة (0.2 ميكرولتر) من المنتج المنقى وتطبيقه على طبق من ذهب TLC المغلفة السيليكا.
    4. تطوير لوحة TLC باستخدام خلات الإيثيل كمرحلة النقالة.
    5. وضع لوحة TLC على الماسح الضوئي راديو TLC وتشغيل الماسح الضوئي لتحديد العائد الإشعاعية ونقاء الإشعاعية للغول وصفت لي 125وفقا لبروتوكول الشركة المصنعة د النانوية (4) (الشكل 3).

النتائج

تم تنفيذ رد فعل radioiodination من السلائف stannylated (2) خارج باستخدام 150 من MBq [125 I] ناي، حمض الخليك، والكلورامين تي في درجة حرارة الغرفة لمدة 15 دقيقة لتقديم المنتج رديولبلد (1). بعد تنقية HPLC التحضيرية للخليط الخام، تم الحصول على المنتج الم...

Discussion

بشكل عام، كان العائد الإشعاعية لوحظ من المنقى 125 المسمى أنا أزيد (1) 75 ± 10٪ (ن = 8). انجزت radiolabeling مع 50-150 من MBq النشاط الإشعاعي، والنتائج الإشعاعية تتفق تماما. إذا [125 I] ناي (ر 1/2 = 59.4 د) أن خضع التحلل الإشعاعي لأكثر من شهر كان يستخدم في رد فعل radioi...

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This work was supported by grants from the National Research Foundation of Korea, funded by the government of the Republic of Korea, (Grant nos. 2012M2B2B1055245 and 2012M2A2A6011335) and by the RI-Biomics Center of Korea Atomic Energy Research Institute.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
Chloramine T trihydrateSigma402869
[125I]NaI in aq. NaOHPerkin-ElmerNEZ033A010MC
Sodium metabisulfite SigmaS9000
Formic acidSigma251364
Sep-Pak tC18 plus cartridgeWatersWAT036800
Dimethyl sulfoxide SigmaD2650
AcetoneSigma650501
EthanolSigma459844
Gold(III) chloride trihydrateSigma520918
Tween 20 SigmaP1379
DBCO PEG SH (MW 5000)NANOCSPG2-DBTH-5k
TLC silica gel 60 F254Merck
Analytical HPLCAgilent1290 InfinityModel number
Preparative HPLCAgilent1260 InfinityModel number
Analytical C18 reverse-phase columnAgilentZorbax Eclipse XDB-C18
Preparative C18 reverse-phase columnAgilentPrepHT XDB-C18
Radio TLC scannerBioscanAR-2000Model number
Radioisotope dose calibratorCapintec, IncCRC -25R dose calibratorModel number

References

  1. Jewett, J. C., Bertozzi, C. R. Cu-free Click Cycloaddition Reactions in Chemical Biology. Chem. Soc. Rev. 39, 1272-1279 (2010).
  2. Debets, M. F., et al. Bioconjugation with Strained Alkenes and Alkyne. Acc. Chem. Res. 44, 805-815 (2011).
  3. Sletten, E. M., Bertozzi, C. R. From Mechanism to Mouse: A Tale of Two Bioorthogonal Reactions. Acc. Chem. Res. 44, 666-676 (2011).
  4. Koo, H., et al. Bioorthogonal Cu-Free Click Chemistry in vivo for Tumor-Targeted Delivery of Nanoparticles. Angew. Chem. Int. Ed. 51, 11836-11840 (2012).
  5. Chang, P. V., et al. Copper-Free Click Chemistry in Living Animals. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 107, 1821-1826 (2010).
  6. Bostic, H. E., Smith, M. D., Poloukhtine, A. A., Popik, V. V., Best, M. D. Membrane Labeling and Immobilization via copper-free Click Chemistry. Chem. Commun. 48, 1431-1433 (2012).
  7. Someya, T., Ando, A., Kimoto, M., Hirao, I. Site-Specific Labeling of RNA by Combining Genetic Alphabet Expansion Transcription and Copper-Free Click Chemistry. Nucl. Acids Res. 43, 6665-6676 (2015).
  8. Lee, S. B., et al. Mesoporous Silica Nanoparticle Pretargeting for PET Imaging Based on a Rapid Bioorthogonal Reaction in a Living Body. Angew. Chem. Int. Ed. 52, 10549-10552 (2013).
  9. Sachin, K., et al. F-18 Labeling Protocol of Peptides Based on Chemically Orthogonal Strain-Promoted Cycloaddition under Physiologically Friendly Reaction Conditions. Bioconjugate Chem. 23, 1680-1686 (2012).
  10. Evans, H. L., et al. Copper-Free Click - A Promising Tool for Pre-targeted PET Imaging. Chem. Commun. 48, 991-993 (2012).
  11. Campbell-Verduyn, L. S., et al. Strain-Promoted Copper-Free "Click" Chemistry for 18F Radiolabeling of Bombesin. Angew. Chem. Int. Ed. 50, 11117-11120 (2011).
  12. Arumugam, S., Chin, J., Schirrmacher, R., Popik, V. V., Kostikov, A. P. 18F]Azadibenzocyclooctyne ([18F]ADIBO): A Biocompatible Radioactive Labeling Synthon for Peptides using Catalyst Free [3+2] Cycloaddition. Bioorg. Med. Chem. Lett. 21, 6987-6991 (2011).
  13. Bouvet, V., Wuest, M., Wuest, F. Copper-Free Click Chemistry with the Short-Lived Positron Emitter Fluorine-18. Org. Biomol. Chem. 9, 7393-7399 (2011).
  14. Satpati, D., Bauer, N., Hausner, S. H., Sutcliffe, J. L. Synthesis of [64Cu]DOTA-ADIBON3-Ala-PEG28-A20FMDV2 via Copper-Free Click Chemistry for PET Imaging of Integrin αvβ6. J. Radioanal. Nucl. Chem. 302, 765-771 (2014).
  15. Lee, D. E., et al. Facile Method To Radiolabel Glycol Chitosan Nanoparticles with 64Cu via Copper-Free Click Chemistry for MicroPET Imaging. Mol. Pharmaceutics. 10, 2190-2198 (2013).
  16. Zeng, D. 64Cu Core-Labeled Nanoparticles with High Specific Activity via Metal-Free Click Chemistry. ACS Nano. 6, 5209-5219 (2012).
  17. Jeon, J., et al. Radiosynthesis and in vivo Evaluation of [125I]2-4(iodophenethyl)-2-Methylmalonic Acid as a Potential Radiotracer for Detection of Apoptosis. J. Radioanal. Nucl. Chem. 308, 23-29 (2016).
  18. Adam, M. J., Wilbur, D. S. Radiohalogens for Imaging and Therapy. Chem. Soc. Rev. 34, 153-163 (2005).
  19. Jeon, J., et al. Radiosynthesis of 123I-Labeld Hesperetin for Biodistribution Study of Orally Administered Hesperetin. J. Radioanal. Nucl. Chem. 306, 437-443 (2015).
  20. Kil, K. E., et al. Development of [123I]IPEB and [123I]IMPEB as SPECT Radioligands for Metabotropic Glutamate Receptor Subtype. ACS Med. Chem. Lett. 5, 652-656 (2014).
  21. Chen, M. K., et al. The Utility of I-123 Pretherapy Scan in I-131 Radioiodine Therapy for Thyroid Cancer. Thyroid. 22, 304-309 (2012).
  22. Jeon, J., et al. Efficient Method for Iodine Radioisotope Labeling of Cyclooctyne-Containing Molecules using Strain-Promoted Copper-Free Click Reaction. Bioorg. Med. Chem. 23, 3303-3308 (2015).
  23. Choi, M. H., et al. Synthesis and Evaluation of an 125I-Labeled Azide Prosthetic Group for Efficient and Bioorthogonal Radiolabeling of Cyclooctyne-Group Containing Molecules using Copper-Free Click Reaction. Bioorg. Med. Chem. Lett. 26, 875-878 (2016).
  24. Kim, Y. H., et al. Tumor Targeting and Imaging Using Cyclic RGD-PEGylated Gold Nanoparticle Probes with Directly Conjugated Iodine-125. Small. 7, 2052-2060 (2011).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

116 Radiolabeling Bioorthogonal

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved