التوليف من 68Ga جسيمات نانوية أكسيد الحديد يخدر الأساسية للتصوير المقطعي بانبعاث البوزيترون المزدوج/التصوير الرنين المغناطيسي (تي1)

Summary

نقدم هنا، وضع بروتوكول للحصول على⁶⁸Ga أكسيد الحديد يخدر الأساسية جسيمات نانوية عن طريق سريع الميكروويف يحركها التوليف. المنهجية يجعل الحيوانات الأليفة/(تي₁) التصوير بالرنين المغناطيسي الجسيمات النانوية مع راديولابيلينج كفاءات أعلى من 90% والكيمياء الإشعاعية نقاء 99% في توليفة 20 دقيقة.

Abstract

هنا، يمكننا وصف توليف ميكروويف للحصول على جسيمات نانوية أكسيد الحديد يخدر الأساسية مع ⁶⁸"ga. الميكروويف" التكنولوجيا تمكن سريع واستنساخه الإجراءات الاصطناعية. وفي هذه الحالة، بدءاً من فيكل₃ وسترات صوديوم الملح، أكسيد الحديد جسيمات نانوية مطلية بحمض الستريك يتم الحصول عليها في 10 دقيقة في الميكروويف. يقدم هذه الجسيمات النانوية بحجم نواة صغيرة من 4.2 ± 1.1 نانومتر وحجم هيدرودينامية 7.5 ± 2.1 نانومتر. وعلاوة على ذلك، لديهم قيمة 11.9 مم^-1·s^-1 ريلاكسيفيتي طولية عالية (ص₁) وقيمة ريلاكسيفيتي مستعرضة متواضعة (ص₂) من 22.9 ملم^-1·s^-1، الذي ينتج انخفاض ص₂ /r₁ نسبة 1.9. تمكين هذه القيم جيل التباين إيجابيا في التصوير بالرنين المغناطيسي (التصوير بالرنين المغناطيسي) بدلاً من التباين السلبية، تستخدم عادة مع جسيمات نانوية أكسيد الحديد. وبالإضافة إلى ذلك، إذا كان شطف ⁶⁸GaCl₃ من ⁶⁸شركة جنرال الكتريك⁶⁸Ga مولد هو يضاف إلى انطلاق المواد، يتم الحصول على نانو-radiotracer يخدر مع ⁶⁸Ga. يتم الحصول على المنتج مع عالية غلة راديولابيلينج (> 90%)، بغض النظر عن النشاط الأولية المستخدمة. وعلاوة على ذلك، تقدم خطوة واحدة تنقية النانو-راديوماتيريال جاهزة يتم استخدامها في فيفو.

Introduction

مزيج تقنيات التصوير لأغراض طبية أدى البحث عن أساليب مختلفة لتوليف المسابير المتعدد الوسائط^1،،من²³. نظراً لحساسية التصوير المقطعي بالبوزيترون (PET) الماسحات الضوئية والقرار المكانية للتصوير بالرنين المغناطيسي، مجموعات الحيوانات الأليفة/التصوير بالرنين المغناطيسي ويبدو أن أحد الاحتمالات الأكثر جاذبية، توفير المعلومات التشريحية والوظيفية في نفس الوقت⁴. في التصوير بالرنين المغناطيسي، تي₂--يمكن استخدام تسلسل مرجح، سواد الأنسجة التي تتراكم. T₁-تسلسل مرجح يمكن أيضا أن تستخدم، إنتاج إشراق موقع تراكم محددة⁵. فيما بينها، غالباً ما هو إيجابي على النقيض الخيار الأكثر ملائمة، التباين السلبية يجعل من الأصعب التفريق بين الإشارة من المناطق هيبوينتينسي الذاتية، بما في ذلك تلك التي غالباً ما تعرض أجهزة مثل الرئتين⁶. تقليديا، تم توظيف المسابر الجزيئية المستندة إلى كلمة المدير العام للحصول على تباين إيجابية. ومع ذلك، عوامل التباين القائم على كلمة المدير العام هذا عيب رئيسي، إلا وهي سميتها، هو أمر حاسم في المرضى الذين يعانون من مشاكل الكلي^7،،من⁸⁹. هذا وقد دافع للبحث في تركيب مواد متوافق حيويا لاستخدامها كعوامل التباين₁ ر. نهج لاهتمام هو استخدام أكسيد الحديد جسيمات نانوية (إيونبس)، بحجم صغير للغاية أساسية، التي توفر على النقيض الإيجابي¹⁰. بسبب هذا نواة صغيرة جداً (~ 2 نانومتر)، ومعظم من الحديد^{3 +} الأيونات على السطح، مع 5 كل مزاوج الإلكترونات. وهذا يزيد من قيم وقت الاسترخاء الطولي (ص₁) والغلال كثير أقل مستقيمين/طولية (ص₂/ص₁) النسب مقارنة مع إيونبس التقليدية، المنتجة الإيجابية المرجوة على النقيض من¹¹.

للجمع بين إيونبس باعث بوزيترون للحيوانات الأليفة، وهناك مسألتين رئيسيتين تأخذ في الاعتبار: انتخاب النظائر المشعة ونانوحبيبات راديولابيلينج. وفيما يتعلق بالمسألة الأولى، هو ⁶⁸Ga خيار مغرية. فقد نصف عمر قصيرة نسبيا (67.8 دقيقة). عمرها النصفي مناسبة لوسم الببتيد نظراً لأنه يطابق مرات بيوديستريبوشن الببتيد المشتركة. وعلاوة على ذلك، ينتج ⁶⁸Ga في مولد، تمكين التوليف في الوحدات النمطية لمقاعد البدلاء وتجنب الحاجة سيكلوترون القريبة^12،،من¹³¹⁴. من أجل راديولابيل نانوحبيبات، هو تسمية سطح التأسيس النظائر المشعة الاستراتيجية السائدة. يمكن أن يتم ذلك استخدام يجند أن يخلب ⁶⁸Ga أو الاستفادة من تقارب راديوميتال نحو السطح نانوحبيبات. تستخدم معظم الأمثلة في الأدبيات المتعلقة إيونبس تشيلاتور. وهناك أمثلة لاستخدام يغاندس الحلقية مثل (الملاحظة) حمض 1,4,7-تريازاسيكلونوناني-1,4,7-ترياسيتيك^،من¹⁶¹⁷، و 1,4,7-1,4,7,10-تيترازاسيكلودوديكاني-1,4,7,10-تيتراسيتيك (DOTA) حمض¹⁵ 1-جلوتاريك حمض الخليك حمض 4.7 (ندجا)¹⁸، تريازاسيكلونوناني واستخدام حمض 2، 3-ديكاربوكسيبروباني-1، 1-ديفوسفونيك (DPD)، يجند تيترادينتاتي ¹⁹. مادرو et al. ²⁰ نمواً خالية من تشيلاتور الاستراتيجية في عام 2014 إلى التسمية إيونبس استخدام أسلوب خال من تشيلاتور المستخدمة من قبل آخر مجموعة جيدة²¹.

بيد أن العوائق الرئيسية لهذا النهج تشمل مخاطر عالية من ترانسميتاليشن في فيفو ، منخفضة الغلة راديولابيلينج، وبروتوكولات طويلة غير صالحة للنظائر المشعة قصيرة العمر^22،،من²³²⁴. ولهذا السبب، وونغ et al. ²⁵ وضعت أول مثال لجسيمات نانوية يخدر الأساسية، تمكنت من دمج ⁶⁴Cu في جوهر إيونبس في توليفة 5-دقيقة باستخدام تكنولوجيا الموجات الصغرية.

هنا، نحن تصف إجراء سريع وفعال لإدماج النويدات المشعة في جوهر نانوحبيبات، مراوغته العديد من العقبات التي عرضت بالطرق التقليدية. ولهذا الغرض، نقترح استخدام التوليف يحركها الميكروويف (موس)، الذي يقلل من مرات رد الفعل إلى حد كبير، وزيادة الغلات ويعزز إمكانية تكرار نتائج، معلمات ذات أهمية حاسمة في توليف إيونب. أداء موس المكرر سبب تدفئة عازل: نموذج السريع تدفئة قطبانيه الجزيئية في محاولة لمحاذاة مع الحقل الكهربائي متناوبة، يجري المذيبات القطبية والكاشفات أكثر كفاءة لهذا النوع من التوليف. وبالإضافة إلى ذلك، يؤدي استخدام حمض الستريك كخافض للتوتر السطحي، جنبا إلى جنب مع تكنولوجيا الموجات الصغرية، وجسيمات نانوية ضئيلة للغاية، إنتاج مزدوج تي₁-التصوير بالرنين المغناطيسي/الحيوانات الأليفة مرجح²⁶ إشارة، والإشارة إلى هذه الوثيقة كأكسيد الحديد يخدر الأساسية Ga ⁶⁸ جسيمات نانوية (⁶⁸Ga-ج-إيونب).

البروتوكول يجمع بين استخدام تكنولوجيا الموجات الدقيقة، ⁶⁸GaCl₃ كباعث بوزيترون وكلوريد الحديد وسترات الصوديوم وهيدرات الهيدرازين، أدى إلى ازدواج تي₁-مرجح التصوير بالرنين المغناطيسي/الحيوانات الأليفة نانوبارتيكولاتي المواد في 20 دقيقة بالكاد. وعلاوة على ذلك، غلة نتائج متسقة عبر طائفة من ⁶⁸Ga الأنشطة (37 مبق ومبق 111 ومبق 370 ومبق 1110) مع أية تأثيرات هامة على الخصائص الفيزيائية الكيميائية الرئيسية لجسيمات نانوية. إمكانية تكرار نتائج أسلوب استخدام أنشطة عالية ⁶⁸Ga يمتد مجال التطبيقات الممكنة، بما في ذلك نماذج حيوانية كبيرة أو الدراسات الإنسانية. وبالإضافة إلى ذلك، هناك خطوة واحدة تنقية المدرجة في الأسلوب. في هذه العملية، أي فائض من الغاليوم مجاناً، كلوريد الحديد وسترات الصوديوم وهيدرات الهيدرازين تتم إزالة عن طريق الترشيح هلام. القضاء على مجموع النظائر مجاناً ونقاء العينة ضمان لا سمية وتعزيز القرار التصوير. في الماضي، ونحن قد أظهر فائدة هذا النهج في المستهدفة الجزيئية التصوير^،من²⁷²⁸.

Protocol

1-كاشف إعداد

1. HCl 0.05 متر مكعب
   1. إعداد 0.05 M HCl بإضافة ميليلتر 208 من 37% HCl إلى 50 مل ماء المقطر.
2. الوينت كروماتوغرافيا سائلة عالية الأداء
   1. إعداد كروماتوغرافيا سائلة عالية الأداء ([هبلك]) الوينت بتذويب ز 6.9 من مونوهيدرات فوسفات هيدروجين الصوديوم، ز 7.1 من ثنائي فوسفات هيدروجين و 8.7 غرام من كلوريد الصوديوم و 0.7 غرام من أزيد الصوديوم في 1 لتر الماء. يخلط جيدا والتحقق من درجة الحموضة. يمر في الوينت مرشح 0.1 ميكرون معقمة الانقطاع وديغا قبل الاستخدام. نطاق القبول: 6.2-7.0 درجة الحموضة (إذا لم يكن كذلك، ضبط مع هيدروكسيد الصوديوم [1 م] أو HCl [5 م]).

2-توليف أكسيد الحديد المغلفة بسترات جسيمات نانوية

1. حل 75 ملغ فيكل₃·6H₂س و 80 ملغ من ثنائي ملح صوديوم هيدرات حمض الستريك في 9 مل من الماء.
   ملاحظة: توفر هذه الكميات مل 12 من الجسيمات النانوية المنقاة النهائي ([الحديد] ~1.4 mg·mL^-1). ويمكن تقليص كميات للحصول على وحدة تخزين نهائي 2.5 مل.
2. وضع الخليط في قارورة تتكيف مع الميكروويف.
3. تحميل بروتوكول حيوي في الميكروويف. درجة الحرارة إلى 120 درجة مئوية، قم بضبط الوقت إلى 10 دقيقة والضغط من أجل 250 رطل/بوصة مربعة، والسلطة إلى 240 جورج
4. أضف 1 مل هيدرات الهيدرازين لرد الفعل.
   ملاحظة: يبدأ هيدرات الهيدرازين الحد من الحديد. ولذلك، لوحظ تغيير في المظهر للحل، من الضوء الأصفر إلى البنى،.
5. بدء تشغيل البروتوكول الميكروويف.
6. وفي الوقت نفسه، شطف هلام ترشيح عمود desalting مع 20 مل ماء المقطر.
7. وبمجرد الانتهاء من البروتوكول، يسمح قارورة لتبرد في درجة حرارة الغرفة.
8. "الماصة؛" 2.5 مل المخلوط النهائي على العمود وتجاهل في التدفق من خلال.
   ملاحظة: توقف الميكروويف البروتوكول عند 60 درجة مئوية؛ جسيمات نانوية يمكن إضافتها مباشرة إلى العمود هلام الترشيح عند 60 درجة مئوية.
9. أضف 3 مل ماء المقطر إلى العمود وجمع جسيمات نانوية في قنينة زجاج.
   ملاحظة: يمكن تخزين جسيمات نانوية في درجة حرارة الغرفة لمدة أسبوع واحد. بعد هذا الوقت، يظهر التجميع نانوحبيبات، زيادة حجمها الهيدروديناميكي.

3-توليف ⁶⁸Ga أكسيد الحديد يخدر الأساسية جسيمات نانوية (⁶⁸Ga-ج-إيونب)

1. وضع 75 ملغ فيكل₃·6H₂س و 80 ملغ من ثنائي هيدرات ملح صوديوم حمض الستريك في قارورة تتكيف مع الميكروويف.
2. الوت ⁶⁸شركة جنرال الكتريك/⁶⁸Ga مولد باستخدام وحدة التخزين الموصى بها وتركيز HCl، وفقا للمورد (في حالتنا، 4 مل من 0.05 M HCl). بعد الحقن من هذا الحجم في مولد محمية ذاتيا، (4 مل من) ⁶⁸GaCl₃ التي تم الحصول عليها، وجاهزة للاستخدام دون مزيد من المعالجة.
   ملاحظة: اتباع تدابير السلامة النشاط الإشعاعي المطابق لخطوات 3.2-3.12. ⁶⁸ الجمعية العامة أحد نظائر باعث بوزيترون وأشعة غاما. من المهم استخدام تدابير السلامة المناسبة لتجنب التعرض للإشعاع بالمشغل. يجب أن تتبع الباحثون بروتوكولا الأرا (منخفضة كحد معقول يمكن تحقيقها) استخدام التدريع نموذجية وإجراءات التعامل مع النويدات المشعة. وعلاوة على ذلك، استخدام خاتم وشارات الجسم، وجهاز للكشف عن تلوث إلزامية.
3. إضافة 4 مل من ⁶⁸GaCl₃ إلى قارورة تتكيف مع الميكروويف. يمكن أن يكون هذا الحجم الأصغر، اعتماداً على مولد النشاط والنشاط المطلوب لجسيمات نانوية النهائي.
4. "الماصة؛" 5 مل ماء المقطر في قارورة ومزيج جيد.
5. تحميل بروتوكول حيوي في الميكروويف. درجة الحرارة إلى 120 درجة مئوية، قم بضبط الوقت إلى 10 دقيقة والضغط من أجل 250 رطل/بوصة مربعة، والسلطة إلى 240 جورج
6. أضف 1 مل هيدرات الهيدرازين لرد الفعل.
   ملاحظة: يبدأ هيدرات الهيدرازين الحد من الحديد. ولذلك، لوحظ تغيير في المظهر للحل، من الضوء الأصفر إلى البنى،.
7. بدء تشغيل البروتوكول الميكروويف.
8. وفي الوقت نفسه، شطف هلام ترشيح عمود desalting مع 20 مل ماء المقطر.
9. وبمجرد الانتهاء من البروتوكول، يسمح قارورة لتبرد في درجة حرارة الغرفة.
10. "الماصة؛" 2.5 مل المخلوط النهائي على العمود وتجاهل في التدفق من خلال.
    ملاحظة: توقف الميكروويف البروتوكول عند 60 درجة مئوية؛ جسيمات نانوية يمكن إضافتها مباشرة إلى العمود هلام الترشيح عند 60 درجة مئوية.
11. أضف 3 مل ماء المقطر إلى العمود وجمع جسيمات نانوية في قنينة زجاج.
12. حساب الكفاءة راديولابيلينج باستخدام جهاز لكشف نوع جيد ناي. هذه المعلمة عادة تدابير النشاط من ⁶⁸تدمج Ga في رد الفعل. بعد عمليتي الاصطناعية وتنقية، ويقاس نشاط عينة المنقي. بسبب أن نصف العمر القصير من ⁶⁸Ga، النشاط الأولى له إلى تصحيح في الوقت (t). تطبيع مع مرور الوقت فيما يلي المعادلة القياسية:
    N_T = N₀ · ه^-λt
    هنا،
    N_T: حساب الوقت (t)
    ن₀: حساب الوقت (t) = 0
    Λ: ثابت الانحلال
    t: الوقت المنقضي
    
    ملاحظة: راديولابيلينج الكفاءة يجب أن يكون بين 90% إلى 95%.

4-تحليل ⁶⁸Ga أكسيد الحديد يخدر الأساسية جسيمات نانوية (⁶⁸Ga-ج-إيونب)

1. تشتت الضوء الديناميكي
   1. استخدام تشتت الضوء الحيوي (DLS) لقياس حجم هيدرودينامية ⁶⁸Ga-ج-إيونب. "الماصة؛" 60 ميليلتر من العينة إلى ومبومو وأداء ثلاثة قياسات حجم كل عينة. للتأكد من إمكانية تكرار نتائج، يجب تكرار هذا مع عدة نانوحبيبات دفعات.
2. الاستقرار غرواني
   1. تقييم استقرار الغروية ⁶⁸Ga-ج-إيونب بقياس حجم العينة هيدرودينامية بعد حضانة في مخازن مختلفة (برنامج تلفزيوني، المياه المالحة، والمصل الماوس) لأوقات مختلفة، تتراوح من 0 إلى 24 h. احتضان 500 ميليلتر من العينة في كل المخزن المؤقت في 37 درجة مئوية. في المحدد مرات، تأخذ مختبرين 60 ميليلتر و "الماصة؛" لهم في الترعة DLS لقياس حجمها الهيدروديناميكي.
3. المجهر الإلكتروني
   1. تحليل حجم ⁶⁸Ga-ج-إيونب الأساسية باستخدام مجهر إلكتروني (TEM)، وتصوير الظلام-ميدان حلقية (الجذعية-هادف) (المرجع بروتوكول ال: نيست-"البروتوكول الفحص المشترك نكل"، المجلس المركزي الفلسطيني-X، قياس "حجم من جسيمات نانوية استخدام انتقال الإلكترون" مجهرية).
4. هلام الترشيح راديو-تشروماتوجرام
   1. يجزئ شطف إلى مختبرين 500 ميليلتر أثناء الخطوة تنقية هلام الترشيح، وقياس النشاط الإشعاعي الموجودة في كل واحد باستخدام أكتيفيميتير؛ وهكذا، مما يجعل chromatogram هلام ترشيح.
5. الاستقرار الكيميائي الإشعاعي من ⁶⁸Ga-ج-إيونب
   1. احتضان ⁶⁸Ga-ج-إيونب في المصل الماوس لمدة 30 دقيقة عند 37 درجة مئوية (تكرار 3 x). بعد ذلك الوقت، تنقية جسيمات نانوية واسطة ultrafiltration، وقياس النشاط الإشعاعي في جسيمات نانوية وفيلتراتي. يجب أن يتم الكشف عن أي نشاط في فيلتراتيس مختلفة.
6. ريلاكسوميتري
   1. قياس طولية (تي₁) وعرضية أوقات الاسترخاء (تي₂) في ريلاكسوميتير 1.5 طن و 37 درجة مئوية. وينبغي قياس تركيزات مختلفة أربعة من ⁶⁸Ga-ج-إيونب (2، 1 مم، 0.5 مم، و 0.25 ملم). ارسم معدلات الاسترخاء (ص₁= 1/T₁، ص₂= 1/T₂) ضد تركيز الحديد. ويجعل انحدار منحنى الحصول على قيم ص₁ وص₂ .
7. السيد ومحبوبة من الصور الوهمية
   1. تكتسب في الموقع السيد (تي₁-المرجحة تسلسل) وصور الحيوانات الأليفة الوهمية لسلسلة من تخفيف من ⁶⁸Ga-ج-إيونب (مم 0، 1 مم، 6.5 مم و 9.0 مم) لمراقبة الإشارات المتزايدة في ارتباط مع نشاط الحيوانات الأليفة والتصوير بالرنين المغناطيسي.

النتائج

⁶⁸ Ga-ج-إيونب تم تصنيعه من خلال الجمع بين فيكل₃, ⁶⁸GaCl₃، حمض الستريك، المياه، وهيدرات الهيدرازين. وقدم هذا الخليط في الميكروويف لمدة 10 دقيقة على 120 درجة مئوية و 240 ث تحت ضغط الخاضعة للرقابة. مرة واحدة العينة قد تبريده إلى درجة حرارة الغرفة، تم تنقيته جسيم?...

Discussion

جسيمات نانوية أكسيد الحديد عامل تباين راسخة تي₂-مرجح التصوير بالرنين المغناطيسي. ومع ذلك، بسبب عيوب هذا النوع من التباين لتشخيص بعض الأمراض، T₁-التباين المرجحة أو مشرق المفضل في كثير من الأحيان. جسيمات نانوية المعروضة هنا ليس فقط التغلب على هذه القيود بتقديم التباين إيجابيا في ...

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