Name: microwave-driven synthesis of iron oxide nanoparticles for fast detection of atherosclerosis
Uploaded: 2016-03-22T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 13 s
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This study is supported by a grant from Comunidad de Madrid (S2010/BMD-2326, Inmunothercan-CM), by Fundacio La Marato de TV3 (70/C/2012) and by and by Spanish Economy Ministry (MAT2013-47303 P).

1. Vorbereitung der Reagenzien <ol><li> Vorbereitung 1 mM HEPES-Puffer, 23,8 mg HEPES in 100 ml destilliertem Wasser gelöst. Den pH-Wert auf 7. </li><li> Herstellung von 10% NaHSO 3 Auflösen von 10 g NaHSO 3 in 100 ml destilliertem Wasser. Rühre das Gemisch 15 min. </li><li> Bereiten NaOH Lösung Lösen von 1 g NaOH in 100 ml Wasser. Man rührt 10 min. </li><li> Herstellung von 10 mM Phosphatpuffer , 600 mg NaH 2 PO 4 in 1 l Wasser auflöst. In sorgfältig 0,34 ml Phosphorsäure und Rühren für 30 min. Stellen Sie den pH-Wert auf 2,9 (Akzeptanzbereich 2,7-3,0). </li><li> Den pH - Wert auf 7.2 Herstellung von 10 mM Phosphatpuffer , 269 mg NaH 2 PO 4 und 1,09 g Na 2 HPO 4 zu destilliertem Wasser gelöst wird ein Volumen von 1 l zu machen. </li></ol> 2. Synthese von Oleic Acid beschichtete Nanopartikel (OA-IONP) <ol><li> In einem Mikrowellen angepasst Kolben mit 0,5 g Fe (acac) 3, 1,4 ml Oleic Säure, 0,6 ml Oleylamin und 1,19 g 1,2-hexadodecanediol. 10 ml Phenylether vorsichtig durch die Kolbenwand eine Messpipette. </li><li> Führen Sie den Kolben in den Mikrowellenreaktor und starten Sie das Mikrowellen Protokoll. HINWEIS: Mikrowellen-Software ermöglicht es, die Größe für verschiedene Parameter wie Temperatur, Druck, Rühren Geschwindigkeit, Leistung und Reaktionszeit zu wählen. Darüber hinaus hat er die Möglichkeit, drei verschiedene Stufen in dem gleichen Protokoll zu laden abstimmbaren Synthese ermöglicht. Sobald die geladene synthetische Protokoll beginnt, erwärmt Mikrowellen die Probe so schnell wie möglich (Ramping-Prozess) und hält sie während der gewählten Reaktionszeit (Laufverfahren). Wahl der Leistung bestimmt die Zeit von Ramping. </li><li> Legen Sie eine dynamische Studie in der Mikrowelle. Das Protokoll enthält drei Phasen: <ol><li> Stufe 1: Stellen Sie die Temperatur auf 60 ° C, Zeit 2 min, Druck 250 psi und 150 W Leistung. Stir Geschwindigkeit hat in hoher Position und maximale Leistung in auf zu sein. </li><li> Hirsche 2: die Temperatur auf 200 ° C, Zeit 20 min, Druck 250 psi und 300 W Leistung eingestellt. Stir Geschwindigkeit hat in hoher Position und maximale Leistung in auf zu sein. </li><li> Stufe 3: Stellen Sie die Temperatur auf 250 ° C, Zeit 10 min, Druck 250 psi und 300 W Leistung. Stir Geschwindigkeit hat in hoher Position und maximale Leistung in auf zu sein. </li></ol></li><li> Nach der Protokoll Schlichten, kann der Kolben bei Raumtemperatur abkühlen lassen. HINWEIS: Kühlphase mit oder ohne Gasstrom durchgeführt werden kann. Beide Fälle liefern dieselben Ergebnisse. Aggregate werden in der Rührstab und in der Wand des Kolbens, waschen Sie es mit EtOH und auf den Erlenmeyer setzen. </li><li> Übertragen Sie das Reaktionsgemisch in einen Erlenmeyer mit einer Glaspipette und 10 ml EtOH 98%. Setzen Sie ein Nd-Nb-B-Magneten unter dem Kolben, warten Sie 5 Minuten und entfernen Sie den Überstand mit einer Glaspipette. </li><li> In 10 ml EtOH, beschallen die Probe bei RT für 2 Minuten und 40 kHz, legen Sie die Probe auf den Magneten und die Beseitigung der Überstand. Wiederholen Sie diesen Schritt bei least dreimal. </li><li> Disperse Öl Nanopartikel in 30 ml CHCl 3 und beschallen bei 40 kHz für 5 min bei RT. Schauen Sie sich die hydrodynamischen Größe in der Zetasizer gemäß den Anweisungen des Herstellers. Setzen 0,5 ml OA-IONP in der Glasküvette und fügen Sie 0,5 ml CHCl 3. Akzeptanzbereich 7-10 nm, ausgedrückt als Z-Durchschnittsgröße in der Intensität. HINWEIS: OA-IONP können in Hexan gut dispergiert werden. </li></ol> 3. Synthese von Azelainsäure Nanopartikel (Azelainsäure-IONP) <ol><li> Man löst 44,3 mg KMnO 4 und 150,4 mg BTACl in einem Gemisch aus H 2 O: CHCl 3 (3: 2 ml). Fügen Sie die resultierende Lösung in ein 5 ml Aliquot von OA-IONP im Mikrowellenkolben angepasst. </li><li> Starten Sie das Mikrowellen Protokoll für Azelainsäure-IONP. Eingestellte Temperatur bei 105 ° C, Zeit 9 min, der Druck 250 psi und Leistung bei 300 W. Setzen 10 ml Phosphatpuffer pH = 2,9, in den Kolben und wiederholen Sie die Mikrowellen Protokoll. Nach dem Schritt Abkühlen erholen, die Nanopartikelunter Verwendung eines Magneten und den Überstand entfernen. </li><li> 5 ml 10% NaHSO 3 in einen Erlenmeyerkolben, beschallen bei 40 kHz für 2 min bei 25 ° C, zu sammeln , die Partikel unter Verwendung eines Magneten und den Überstand entfernen. (Der Schritt wird 2-mal wiederholt.) Waschen der Nanopartikel noch dreimal mit 1% NaOH und schließlich wieder zu dispergieren sie in 5 ml Phosphatpuffer pH = 7,2. </li><li> Schauen Sie sich die hydrodynamische Größe und Zeta-Potential. Setzen 0,7 ml Azelaic-IONP in die Einweg-Kapillar-Zelle gefaltet und legen Sie es auf den Zetasizer. HINWEIS: Akzeptanzbereich für Größe 25-35 nm als Z-Durchschnittsgröße in der Intensität ausgedrückt. Akzeptanzbereich für Z-Potential -45 ± 5 mV. Größere Nanopartikel (~ 70 nm) mit Phosphatpuffer pH&gt; 7 statt pH = 2,9 (ref Chem Eur J 2008) erhalten werden. </li></ol> 4. Synthese von Neridronat Nanopartikel (Neridronat-IONP) <ol><li> Hinzufügen 12 mg EDC und 15 mg Sulfo-NHS in einer Zentrifuge mit 2 ml Aliquot von Azelainsäure-IONP. Stellendas Gemisch in einem Vortex bei RT für 35 min. </li><li> Setzen Sie ein Magnet unter der Zentrifuge, die Nanopartikel zu destabilisieren, den Überstand aspirieren und waschen Sie die Partikel mit 1,5 ml HEPES 1 mM pH = 7 Puffer. (Wiederholen Sie diesen Schritt zweimal.) Danach werden 5 mg Neridronat und schütteln Sie die Mischung in einem Wirbel für 2 Std. </li><li> Separate Nanopartikel mit einem Magneten und Waschen (3 x 2 ml) mit 1 mM HEPES pH = 7 Puffer. Neridronat-IONP in 2 ml 1 mM HEPES-Puffer pH = 7 schließlich dispergieren. </li><li> Schauen Sie sich die hydrodynamische Größe und Zeta-Potential. Setzen 0,7 ml Neridronat-IONP in die Einweg-gefalteten Kapillarzelle und legen Sie es auf die Zetasizer (Geräte-Setup sehen). HINWEIS: Akzeptanzbereich für Größe 40-45 nm als Z-Durchschnittsgröße in der Intensität ausgedrückt. Akzeptanzbereich für Z-Potential von -20 ± 5 mV. </li></ol> 5. In - vivo - Nachweis von Atherom Plaque in ApoE - / - Mäuse von MRI <ol><li> Vorbereitung für die MRI-Akquisition HINWEIS: Mehrere Extra-Systeme für Tierversuche erforderlich sind. Es wird also erforderlich: <ol><li> Verwenden Sie geeignete Ausrüstung, um die Tiere zu betäuben. </li><li> Besorgen Sie sich einen geschlossenen Kreislauf zirkulierenden Warmwassersystem mit einem externen Warmluft die Temperatur des Tieres stabil zu halten. HINWEIS: In diesem Fall wird die MRI kompatiblen Überwachung und Gating-System registriert die Temperatur des Tieres innerhalb des MRI-Magneten. </li><li> Überwachen Sie die Außentemperatur in der Nähe des Tieres, der Körper (Rektalthermometers) Temperatur des Tieres, der Atmungssensor unter dem Körper des Tieres in der Nähe des Thorax befindet sich eine integrierte Schnittstelle in der MRI-Konsole. </li></ol></li><li> MRI-Experiment <ol><li> Anästhesieren, die Tiere mit Isofluran verdampft (2% für die Induktion während zwei bis drei Minuten und 1-1,5% für die Wartung während des Experiments MRI) mit einem 100% Sauerstoffleitung. </li><li> Legen Sie das Tier in der Mitte des Magneten mit Hilfe eines Profilerfassung. </li><li> Nach dem Schritt 5.2.2, tune die HF-Spule auf 300 MHz (7 T) Resonanzfrequenz und entsprechen der charakteristischen Impedanz der Spule 50 Ohm für einen optimalen Signalempfang. HINWEIS: Achten Sie auf die externe Verkabelung und Anbindung an das Messsystem über den Adapter / Splitter individuell auf jeden Teil der Sendespule gehen (in unserem Fall war es eine Quadratur-Spule). </li><li> Nach der Einstellung der und um die Spulen passende, stecken die Spulen in den Scanner. </li><li> Für HF-Impuls Kalibrierung (Form und Länge) und Mittenfrequenzjustierschaltung führen sowohl Impuls Kalibrierung und das Zentrum der Frequenz manuell. Führen Sie die 90 ° Impuls Kalibrierung, grob Shim (siehe unten), Mittenfrequenz und Empfänger Verstärkungseinstellungen manuell. </li><li> Führen Sie genaue Position eines Gradienten-Echo mit (FLASH oder GRE) Localizer-Scan (3 Ebene Scout Erfassung: axial, koronal und sagittal, auch genannt TriPilot. </li><li> Führen Sie den Magneten Shim die Magnetfeldhomogenität im cen zu optimierenter des Magneten. Führen Sie diesen Schritt manuell (siehe 5.2.3) unter Verwendung eines ein oder Einzelimpuls FID-Sequenz und stellen Sie die erste und die zweite Aufträge Unterlegscheiben oder jede automatische Shim-Sequenz im System HINWEIS: Ein gut unterfüttert Magnetfeld wird durch die T2 * (als größer, desto besser) oder schmalen FWHM der Spektren leicht erkannt und gemessen werden. </li></ol></li><li> MRI - Datenerfassung der Plaque 5 <ol><li> Inject 100 ul (1 mg [Fe] ml -1) von Neridronat Nanopartikel intravenös in die Schwanzvene und Bilder aufzunehmen , 1 Stunde nach der Injektion. Legen Sie die Parameter für die MRI-Akquisition von atherosklerotischen Plaques an der Bauchaorta suchen (renale Bifurkation). </li><li> Setzen Sie Multi-Slice, 10 bis 20 Scheiben in Verschachtelungsmodus Artefakte zu minimieren. </li><li> Erwerben Sie hochauflösende Fast-Spin-Echo-T1-gewichteten MRT in koronalen oder axialen Ansicht mit den folgenden Parametern: FOV 60 x 30 mm (koronale), 30 x 30 mm (axial), Dicke 0,8 mm in Scheiben schneiden (mit dem kleinen Gradientenspule configuration dies kann auf 0,6 mm reduziert werden), 400 ms TR, 8 msec TE, 256 x 256 Erfassung und Rekonstruktion Matrixdaten, 6 (große Steigung) bis 8 (kleine Steigung) Signalmittelwerte für 5-8 min durchschnittliche Akquisitionszeiten. HINWEIS: TE ist besonders kritisch, und das Vorhandensein von Blut Signal und Strömungs- und chemische Verschiebung Artefakte, die die Anwendungen begrenzen. In diesen Fällen fließen unempfindlich schnelle Spin-Echo-T2-IR-Artefakte zu reduzieren helfen können und die Akquisition von komplementären Daten in genau der gleichen Stelle helfen können, um die Plaque zu charakterisieren. Zusätzlich kann eine Vorsättigung Puls das Fett umgebenden Gewebes der Arterienwand zur besseren Abgrenzung von der äußeren Begrenzung der Wand und der chemischen Verschiebung Artefaktreduktion zu reduzieren verwendet werden. </li><li> Übertragen Sie die Bilder in einem Standardformat wie Dicom und Blick in geeigneten Software (zB Osirix Imaging Software oder AMID: Medical Imaging Data Examiner) unter Verwendung von 5. Quantifizierung der Kontrastwirkung manuell ves begrenzensel Bereich, Wandstärke, Lumenfläche und Plaque - Last 5. </li></ol></li></ol>

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Eisenoxid-Nanopartikel (IONP) sind eine der wichtigsten Nanomaterialien und es hat sich für verschiedene Anwendungen vor langer Zeit verwendet worden. Die Verwendung dieser Materialien als Kontrastmittel für die Magnetresonanztomographie (MRT) ist ein gut eingeführtes Gebiet. Allerdings nehmen die Synthesewege oft mehrere Zeit und die Einstellung ist kompliziert. Aufgrund dramatisch Reaktionszeiten zu reduzieren und verbessert die Reproduzierbarkeit scheint die Verwendung von Mikrowellengesteuerten Synthese eine gute...

Atherosklerose ist eine multifaktorielle chronische entzündliche Erkrankung der Wandung arterielle aus einem deregulierten Lipidstoffwechsel und einem fehlerhaften Entzündungsreaktion. Aufgrund der Prävalenz und die wirtschaftlichen und sozialen Kosten von kardiovaskulären Erkrankungen dieser und verwandten besteht ein wachsendes Interesse an der Pathologie mit neuen Werkzeugen in Adressieren, von denen Nanotechnologie eine der vielversprechendsten ist. 1-3 Jedoch gibt es sehr wenige Beispiele für schnelle Herstellung und Charakterisierung von Sonden , die für die Übersetzung in die Klinik 4 in diesem Protokoll verwenden wir eine Mikrowellensynthese von Eisenoxid - Nanopartikel zur weiteren Funktionalisierung mit einem Bisphosphonat und in vivo Detektion von Atherosklerose in ApoE basisch ist -. / -. Mäuse in 1 Std 5 Eisenoxid-Nanopartikel (IONP) sind eine bekannte Nanomaterial und seine Verwendung als Kontrastmittel für Magnetic Resonance Imaging (MRI) hat sich für den Nachweis verschiedener Krankheits etablierts in den letzten Jahren. 6-8 Mikrowellensynthese (MWS), ermöglicht Nanopartikel in extrem kurzen Zeiten mit hoher Reproduzierbarkeit und verbesserte Ausbeuten zu synthetisieren. 9,10 In unserem Protokoll erhalten wir IONP mit Plaque - Fähigkeiten in drei Schritten Targeting. Die letzte ist die Befestigung eines Aminobisphosphonat, Neridronat, die aufgrund ihrer Calciumbindungseigenschaften in unserer Strategie Schlüssel. Aufgrund ihrer natürlichen analogen Pyrophosphat (PPi), Neridronat wurde bei der Behandlung von Osteogenesis imperfecta (OI) und der Paget-Knochenkrankheit (PDB) für ihre hohe Affinität zu Knochenmineral verwendet. 11-13 Die drei Schritte des Protokolls sind in Schema 1 zusammengefasst ersten und zweiten Stufen durchgeführt werden Mikrowellentechnik. Erster Schritt bereitzustellen Ölsäure überzogenem Eisenoxid - Nanoteilchen (OA-IONP) durch eine Modifikation der veröffentlichten Verfahren. 14 Das Protokoll ist eine Anpassung an Mikrowellensynthese des traditthermische Zersetzung ional Synthese. 15,16 Eine Mischung , die Fe (acac) 3, Ölsäure, Oleylamin und 1,2-Dodecandiol wird in Benzylalkohol gelöst und bei zwei Erwärmungsverfahren unterworfen. Reinigung wird durchgeführt, mit EtOH gewaschen und Sammeln der Teilchen mit einem Nd-Fe-B-Magneten um den Überschuss an oberflächenaktiven Mitteln in dem Überstand zu entfernen. Dann OA-IONP in CHCl 3 stabilisiert. Wie erwartet, aufgrund der sehr schnelle Erwärmung, zeigte die erwarteten Ergebnisse, dass die durch Mikrowellen kleiner synthetisierten Nanopartikel in Form von Kern (3,7 ± 0,8 nm) und hydrodynamischen Größe (7,5 nm) im Vergleich zu herkömmlichen thermischen Zersetzung; jedoch Nanopartikel noch eine hervorragende Kristallinität präsentieren. Der zweite Schritt besteht in einer direkten chemischen Modifikation der Doppelbindung, die in der Ölsäure, ein starkes Oxidationsmittel wie KMnO 4 unter Verwendung der ursprünglichen Methode entwickelt , in unserer Gruppe für MW Bedingungen geändert wurde.17 Eine erste Stufe bildet , die Komplexe zwischen MnO 4 - und die Doppelbindung. Dann wird eine zweite Stufe in sauren Bedingungen produzieren die Spaltung des Moleküls Ölsäure Azelainsäure-IONP geben. Nach diesen zwei Stufen von 9 min jedem wird die Probe gereinigt, zuerst Waschen mit NaHSO 3 1% des Überschusses an MnO 4 zu reduzieren - zu MnO 2 und dann mit NaOH 1% zu neutralisieren , um die Säure. Nach dem Reinigungsschritt, Azelain--IONP werden in 10 mM Phosphatpuffer pH = 7,2 stabilisiert. Dieser Puffer ist die beste Umgebung für die kolloidale Stabilität der Teilchen in ähnlicher Weise zu dem, was in der ursprünglichen, thermische Reaktion geschah. 18 die Verwendung von Mikrowellen für die direkte Oxidation der Doppelbindung enthalten in OA-IONP ist ein sehr gutes Beispiel für die Vorteile dieser Technik bei der Synthese von Nanopartikeln. Bei der klassischen Methode die Reaktion 24 Stunden dauert, nimmt die Nutzung von Mikrowellen die Reactipünktlich zu 18 min. Darüber hinaus zeigt die Mikrowellen-unterstütztes Protokoll eine ausgezeichnete Reproduzierbarkeit Nanopartikeln mit 30 ± 5 nm der hydrodynamischen Größe nach 4 Wiederholungen gibt. Neben der Änderung der hydrodynamischen Größe ist das Zeta-Potential ein guter Parameter, um schnell die erfolgreiche der Reaktions überprüfen. Aufgrund des Vorhandenseins der neuen Carboxylgruppen in Azelaic-IONP, ist der Wert für das Zeta-Potential -44 mV herum, sehr ähnlich dem Wert, der durch die thermische Ansatz erhalten. Zur Befestigung von Neridronat zu Azelaic-IONP, traditionelle EDC / Sulfo-NHS Konjugation verwendet wird. 19 Dieser Syntheseansatz ist gut etabliert , da unter Verwendung eines aktivierten Carboxylats mit dem Sulfo-NHS gewährleistet kolloidale Stabilität während der Reaktion. Nach der Eliminierung von Phosphatpuffer die Reaktion mit Neridronat wird in 1 mM HEPES-Puffer (pH ~ 7) durchgeführt. Die Reaktion macht Neridronat-IONP mit einem hydrodynamischen Größe von 40 ± 4 nm in einer engen Größen distribution und -24,1 mV von Zeta-Potential. Das Verfahren ist für die schnelle Synthese von IONP für in vivo Visualisierung von atherosklerotischen Plaques beschrieben , obwohl die Durchführbarkeit des Verfahrens die Befestigung jedes Peptid / Antikörper mit freien Aminen ermöglicht, die gleichen Bedingungen verwendet, für verschiedene Zwecke innerhalb der T 2 -gewichteten MRT - Kontrastmittel Feld.

<table><tbody><tr><td>Microwave Explorer/Discover Hybrid-12</td><td>CEM Corporation, USA</td><td></td><td>Any microwave for chemical synthesis can be used</td></tr><tr><td>Disposable PD-10 desalting columns&amp;nbsp;</td><td>GE Healthcare life sciences</td><td>17-0851-01</td><td>Any size exclusion column will work</td></tr><tr><td>Amicon&amp;reg;Ultra-0.5 ml&amp;nbsp;</td><td>Merck Millipore Ltd</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Calibrated pH meter&amp;nbsp;</td><td>SI analytics</td><td>285105127</td><td></td></tr><tr><td>Neodymium magnet&amp;nbsp;</td><td>Aiman Gz</td><td>ND010B</td><td></td></tr><tr><td>Vortex Genius 3&amp;nbsp;</td><td>IKA</td><td>3340000</td><td></td></tr><tr><td>ZetaSizer Nano ZS&amp;nbsp;</td><td>Malvern Instruments</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Standard (macro) cell Optical glass&amp;nbsp;</td><td>Labbox</td><td>11718</td><td></td></tr><tr><td>Zetasizer nanoseries disponsable folded capillary cells DTS1070</td><td>Malvern</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Bruker Minispec mq60</td><td>Bruker</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

microwave-driven synthesis of iron oxide nanoparticles for fast detection of atherosclerosis

Eine schnelle und reproduzierbare mikrowellengesteuertes Protokoll wurde für die Synthese von Neridronat-funktionalisierten Nanopartikel entwickelt. Ausgehend von der Synthese von hydrophoben Nanopartikeln, ist unsere Methode basiert auf einer Anpassung von Verfahren zur thermischen Zersetzung Mikrowellen angetrieben Synthese. Die neue Methodik erzeugt eine Verringerung der Reaktionszeiten im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren. Darüber hinaus erhöht die Verwendung der Mikrowellentechnik, die Reproduzierbarkeit der Reaktionen, was wichtig vom Standpunkt der klinischen Anwendungen. Die Neuheit dieses Eisenoxid-Nanopartikel ist die Befestigung von Neridronat. Die Verwendung dieses Moleküls führt ein Bisphosphonat - Einheit in Richtung der Außenseite des Nanopartikels , das Ca 2+ Bindungseigenschaften in vitro und in vivo eine selektive Anreicherung in der Atherom Plaque liefert. Das Protokoll ermöglicht die Synthese und Plaque-Erkennung in etwa 3 Stunden seit der ersten Synthese von organic Vorläufer. Ihre Anreicherung in der atherosklerotischen Bereich in weniger als 1 Stunde liefert ein Kontrastmittel, insbesondere geeignet für klinische Anwendungen.

In diesem Protokoll wird die Synthese von drei verschiedenen IONP beschrieben. Ausgehend von hydrophoben OA-IONP wässrige stabile Nanopartikel werden mit Hilfe von Mikrowellengesteuerten Synthese erhalten. Alle Nanopartikel präsentiert ultrakleine hydrodynamischen Größe (AVW &lt;50 nm) in einer sehr engen Größenverteilung (Abbildung 1c). Die Verwendung von Mikrowellentechnologie macht ultra-kleine Nanopartikel im Hinblick auf die Kerngrößen. Da Mikrowelle eine sc...

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Microwave-driven Synthesis of Iron Oxide Nanoparticles for Fast Detection of Atherosclerosis

Mikrowelle gesteuerte Synthese von Eisenoxid-Nanopartikeln für die schnelle Erkennung von Atherosclerosis

Mikrowellen-Technologie ermöglicht extrem schnelle Synthese von Eisenoxid-Nanopartikeln für Atherosklerose Plaquecharakterisierung. Die Verwendung eines Aminobisphosphonat in der Außenseite des Nanopartikels bietet eine schnelle Anreicherung in der atherosklerotischen Bereich.

A fast and reproducible microwave-driven protocol has been developed for the synthesis of neridronate-functionalized nanoparticles. Starting from the ...

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

10.5K Aufrufe.  Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares Carlos III and CIBER de Enfermedades Respiratorias.  Mikrowellen-Technologie ermöglicht extrem schnelle Synthese von Eisenoxid-Nanopartikeln für Atherosklerose Plaquecharakterisierung. Die Verwendung eines Aminobisphosphonat in der Außenseite des Nanopartikels bietet eine schnelle Anreicherung in der atherosklerotischen Bereich. 

Serie: Microwave-driven Synthesis of Iron Oxide Nanoparticles for Fast Detection of Atherosclerosis

Synthesis of Immunotargeted Magneto-plasmonic Nanoclusters

Magnetic and plasmonic properties combined in a single nanoparticle provide a synergy that is advantageous in a number of biomedical applications including contrast enhancement in novel magnetomotive imaging modalities, simultaneous capture&#160;and detection of circulating tumor cells (CTCs),&#160;and multimodal molecular imaging combined with photothermal therapy of cancer cells. These applications have stimulated significant interest in development of protocols for synthesis of magneto-plasmonic nanoparticles with optical absorbance in the near-infrared (NIR) region and a strong magnetic moment. Here, we present a novel protocol for synthesis of such hybrid nanoparticles that is based on an oil-in-water microemulsion method. The unique feature of the protocol described herein is synthesis of magneto-plasmonic nanoparticles of various sizes from primary blocks which also have magneto-plasmonic characteristics. This approach yields nanoparticles with a high density of magnetic and plasmonic functionalities which are uniformly distributed throughout the nanoparticle volume. The hybrid nanoparticles can be easily functionalized by attaching antibodies through the Fc moiety leaving the Fab portion that is responsible for antigen binding available for targeting.

Here, we describe a protocol for synthesis of magneto-plasmonic nanoparticles with a strong magnetic moment and a strong near-infrared (NIR) absorbance. The protocol also includes antibody conjugation to the nanoparticles through the Fc moiety for various biomedical applications which require molecular specific targeting.

Synthese von Immunotargeted Magneto-Plasmonen Nanocluster

Magnetic and plasmonic properties combined in a single nanoparticle provide a synergy that is advantageous in a number of biomedical applications ...

Forschung

Chemie

Cell Labeling and Targeting with Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles

Targeted delivery of cells and therapeutic agents would benefit a wide range of biomedical applications by concentrating the therapeutic effect at the target site while minimizing deleterious effects to off-target sites. Magnetic cell targeting is an efficient, safe, and straightforward delivery technique. Superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPION) are biodegradable, biocompatible, and can be endocytosed into cells to render them responsive to magnetic fields. The synthesis process involves creating magnetite (Fe3O4) nanoparticles followed by high-speed emulsification to form a poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) coating. The PLGA-magnetite SPIONs are approximately 120 nm in diameter including the approximately 10 nm diameter magnetite core. When placed in culture medium, SPIONs are naturally endocytosed by cells and stored as small clusters within cytoplasmic endosomes. These particles impart sufficient magnetic mass to the cells to allow for targeting within magnetic fields. Numerous cell sorting and targeting applications are enabled by rendering various cell types responsive to magnetic fields. SPIONs have a variety of other biomedical applications as well including use as a medical imaging contrast agent, targeted drug or gene delivery, diagnostic assays, and generation of local hyperthermia for tumor therapy or tissue soldering.

Targeted cell delivery is useful in a variety of biomedical applications. The goal of this protocol is to use superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPION) to label cells and thereby enable magnetic cell targeting approaches for a high degree of control over cell delivery and localization.

Zellmarkierung und Targeting mit superparamagnetische Eisenoxid-Nanopartikel

Targeted delivery of cells and therapeutic agents would benefit a wide range of biomedical applications by concentrating the therapeutic effect at the ...

Biotechnik

Synthesis of Functionalized Magnetic Nanoparticles, Their Conjugation with the Siderophore Feroxamine and its Evaluation for Bacteria Detection

In the present work, the synthesis of magnetic nanoparticles, its coating with SiO2, followed by its amine functionalization with (3-aminopropyl)triethoxysilane (APTES) and its conjugation with deferoxamine, a siderophore recognized by Yersinia enterocolitica, using a succinyl moiety as a linker are described.
Magnetic nanoparticles (MNP) of magnetite (Fe3O4) were prepared by solvothermal method and coated with SiO2 (MNP@SiO2) using the St&#246;ber process followed by functionalization with APTES (MNP@SiO2@NH2). Then, feroxamine was conjugated with the MNP@SiO2@NH2 by carbodiimide coupling to give MNP@SiO2@NH2@Fa. The morphology and properties of the conjugate and intermediates were examined by eight different methods including powder X-Ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), transmission electron microscopy (TEM) and energy dispersive X-Ray (EDX) mapping. This exhaustive characterization confirmed the formation of the conjugate. Finally, in order to evaluate the capacity and specificity of the nanoparticles, they were tested in a capture bacteria assay using Yersinia enterocolitica.

This work describes protocols for the preparation of magnetic nanoparticles, its coating with SiO2, followed by its amine functionalization with (3-aminopropyl)triethoxysilane (APTES) and its conjugation with deferoxamine using a succinyl moiety as a linker. A deep structural characterization description and a capture bacteria assay using Y. enterocolitica for all the intermediate nanoparticles and the final conjugate are also described in detail.

Synthese funktionalisierter magnetischer Nanopartikel, deren Konjugation mit dem Siderophor Feroxamin und deren Bewertung für den Bakteriennachweis

In the present work, the synthesis of magnetic nanoparticles, its coating with SiO2, followed by its amine functionalization with ...

Stable Aqueous Suspensions of Manganese Ferrite Clusters with Tunable Nanoscale Dimension and Composition

Manganese ferrite clusters (MFCs) are spherical assemblies of tens to hundreds of primary nanocrystals whose magnetic properties are valuable in diverse applications. Here we describe how to form these materials in a hydrothermal process that permits the independent control of product cluster size (from 30 to 120 nm) and manganese content of the resulting material. Parameters such as the total amount of water added to the alcoholic reaction media and the ratio of manganese to iron precursor are important factors in achieving multiple types of MFC nanoscale products. A fast purification method uses magnetic separation to recover the materials making production of grams of magnetic nanomaterials quite efficient. We overcome the challenge of magnetic nanomaterial aggregation by applying highly charged sulfonate polymers to the surface of these nanomaterials yielding colloidally stable MFCs that remain non-aggregating even in highly saline environments. These non-aggregating, uniform, and tunable materials are excellent prospective materials for biomedical and environmental applications.

We report a one-pot hydrothermal synthesis of manganese ferrite clusters (MFCs) that offers independent control over material dimension and composition. Magnetic separation allows rapid purification while surface functionalization using sulfonated polymers ensures the materials are non-aggregating in biologically relevant medium. The resulting products are well positioned for biomedical applications.

Stabile wässrige Suspensionen von Manganferritclustern mit abstimmbarer nanoskaliger Dimension und Zusammensetzung

Manganese ferrite clusters (MFCs) are spherical assemblies of tens to hundreds of primary nanocrystals whose magnetic properties are valuable in diverse ...

Synthesis of Monocyte-targeting Peptide Amphiphile Micelles for Imaging of Atherosclerosis

Atherosclerosis is a major contributor to cardiovascular disease, the leading cause of death worldwide, which claims 17.3 million lives annually. Atherosclerosis is also the leading cause of sudden death and myocardial infarction, instigated by unstable plaques that rupture and occlude the blood vessel without warning. Current imaging modalities cannot differentiate between stable and unstable plaques that rupture. Peptide amphiphiles micelles (PAMs) can overcome this drawback as they can be modified with a variety of targeting moieties that bind specifically to diseased tissue. Monocytes have been shown to be early markers of atherosclerosis, while large accumulation of monocytes is associated with plaques prone to rupture. Hence, nanoparticles that can target monocytes can be used to discriminate different stages of atherosclerosis. To that end, here, we describe a protocol for the preparation of monocyte-targeting PAMs (monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1) PAMs). MCP-1 PAMs are self-assembled through synthesis under mild conditions to form nanoparticles of 15 nm in diameter with near neutral surface charge. In vitro, PAMs were found to be biocompatible and had a high binding affinity for monocytes. The methods described herein show promise for a wide range of applications in atherosclerosis as well as other inflammatory diseases.

This paper presents a method involving the synthesis and characterization of monocyte-targeting peptide amphiphile micelles and the corresponding assays to test for biocompatibility and ability of the micelle to bind to monocytes.

Synthese von Monocyte-targeting Peptid Amphiphile Micellen für die Bildgebung der Atherosklerose

Atherosclerosis is a major contributor to cardiovascular disease, the leading cause of death worldwide, which claims 17.3 million lives annually. ...

Nanosensors to Detect Protease Activity In Vivo for Noninvasive Diagnostics

Proteases are multi-functional enzymes that specialize in the hydrolysis of peptide-bonds and control broad biological processes including homeostasis and allostasis. Moreover, dysregulated protease activity drives pathogenesis and is a functional biomarker of diseases such as cancer; therefore, the ability to detect protease activity in vivo may provide clinically relevant information for biomedical diagnostics. The goal of this protocol is to create nanosensors that probe for protease activity in vivo by producing a quantifiable signal in urine. These protease nanosensors consist of two components: a nanoparticle and substrate. The nanoparticle functions to increase circulation half-life and substrate delivery to target disease sites. The substrate is a short peptide sequence (6-8 AA), which is designed to be specific to a target protease or group of proteases. The substrate is conjugated to the surface of the nanoparticle and is terminated by a reporter, such as a fluorescent marker, for detection. As dysregulated proteases cleave the peptide substrate, the reporter is filtered into urine for quantification as a biomarker of protease activity. Herein we describe construction of a nanosensor for matrix metalloproteinase 9 (MMP9), which is associated with tumor progression and metastasis, for detection of colorectal cancer in a mouse model.

Nanosensors to Detect Protease Activity In Vivo for Noninvasive Diagnostics

Proteases are tightly regulated enzymes involved in fundamental biological processes, and dysregulated protease activity drives progression of complex diseases such as cancer. This method&#39;s goal is to create nanosensors that measure protease activity in vivo by producing a cleavage signal that is detectable from host urine and discriminates disease.

Nanosensoren Protease-Aktivität In Vivo für die nicht-invasive Diagnostik zu erkennen

Proteases are multi-functional enzymes that specialize in the hydrolysis of peptide-bonds and control broad biological processes including homeostasis and ...

Using Magnetometry to Monitor Cellular Incorporation and Subsequent Biodegradation of Chemically Synthetized Iron Oxide Nanoparticles

Magnetic nanoparticles, made of iron oxide, present a peculiar interest for a wide range of biomedical applications for which they are often internalized in cells and then left within. One challenge is to assess their fate in the intracellular environment with reliable and precise methodologies. Herein, we introduce the use of the vibrating sample magnetometer (VSM) to precisely quantify the integrity of magnetic nanoparticles within cells by measuring their magnetic moment. Stem cells are first labeled with two types of magnetic nanoparticles; the nanoparticles have the same core produced via a fast and efficient microwave-based nonaqueous sol gel synthesis and differ in their coating: the commonly used citric acid molecule is compared to polyacrylic acid. The formation of 3D cell-spheroids is then achieved via centrifugation and the magnetic moment of these spheroids is measured at different times with the VSM. The obtained moment is a direct fingerprint of the nanoparticles&#8217; integrity, with decreasing values indicative of a nanoparticle degradation. For both nanoparticles, the magnetic moment decreases over culture time revealing their biodegradation. A protective effect of the polyacrylic acid coating is also shown, when compared to citric acid.

Iron oxide nanoparticles are synthesized via a nonaqueous sol gel procedure and coated with anionic short molecules or polymer. The use of magnetometry for monitoring the incorporation and biotransformations of magnetic nanoparticles inside human stem cells is demonstrated using a vibrating sample magnetometer (VSM).

Verwendung der Magnetometrie zur Überwachung der zellulären Inkorporation und des anschließenden biologischen Abbaus chemisch synthetisierter Eisenoxid-Nanopartikel

Magnetic nanoparticles, made of iron oxide, present a peculiar interest for a wide range of biomedical applications for which they are often internalized ...

Manganese Oxide Nanoparticle Synthesis by Thermal Decomposition of Manganese(II) Acetylacetonate

For biomedical applications, metal oxide nanoparticles such as iron oxide and manganese oxide (MnO), have been used as biosensors and contrast agents in magnetic resonance imaging (MRI). While iron oxide nanoparticles provide constant negative contrast on MRI over typical experimental timeframes, MnO generates switchable positive contrast on MRI through dissolution of MnO to Mn2+ at low pH within cell endosomes to &#8216;turn ON&#8217; MRI contrast. This protocol describes a one-pot synthesis of MnO nanoparticles formed by thermal decomposition of manganese(II) acetylacetonate in oleylamine and dibenzyl ether. Although running the synthesis of MnO nanoparticles is simple, the initial experimental setup can be difficult to reproduce if detailed instructions are not provided. Thus, the glassware and tubing assembly is first thoroughly described to allow other investigators to easily reproduce the setup. The synthesis method incorporates a temperature controller to achieve automated and precise manipulation of the desired temperature profile, which will impact resulting nanoparticle size and chemistry. The thermal decomposition protocol can be readily adapted to generate other metal oxide nanoparticles (e.g., iron oxide) and to include alternative organic solvents and stabilizers (e.g., oleic acid). In addition, the ratio of organic solvent to stabilizer can be changed to further impact nanoparticle properties, which is shown herein. Synthesized MnO nanoparticles are characterized for morphology, size, bulk composition, and surface composition through transmission electron microscopy, X-ray diffraction, and Fourier-transform infrared spectroscopy, respectively. The MnO nanoparticles synthesized by this method will be hydrophobic and must be further manipulated through ligand exchange, polymeric encapsulation, or lipid capping to incorporate hydrophilic groups for interaction with biological fluids and tissues.

Manganese Oxide Nanoparticle Synthesis by Thermal Decomposition of ManganeseII Acetylacetonate

This protocol details a facile, one-pot synthesis of manganese oxide (MnO) nanoparticles by thermal decomposition of manganese(II) acetylacetonate in the presence of oleylamine and dibenzyl ether. MnO nanoparticles have been utilized in diverse applications including magnetic resonance imaging, biosensing, catalysis, batteries, and waste water treatment.

Manganoxid-Nanopartikelsynthese durch thermische Zersetzung von Mangan(II) Acetylacetonat

For biomedical applications, metal oxide nanoparticles such as iron oxide and manganese oxide (MnO), have been used as biosensors and contrast agents in ...

Synthesis of an In vivo MRI-detectable Apoptosis Probe

Cellular apoptosis is a prominent feature of many diseases, and this programmed cell death typically occurs before clinical manifestations of disease are evident. A means to detect apoptosis in its earliest, reversible stages would afford a pre-clinical 'window' during which preventive or therapeutic measures could be taken to protect the heart from permanent damage. We present herein a simple and robust method to conjugate human Annexin V (ANX), which avidly binds to cells in the earliest, reversible stages of apoptosis, to superparamagnetic iron oxide (SPIO) nanoparticles, which serve as an MRI-detectable contrast agent. The conjugation method begins with an oxidation of the SPIO nanoparticles, which oxidizes carboxyl groups on the polysaccharide shell of SPIO. Purified ANX protein is then added in the setting of a sodium borate solution to facilitate covalent interaction of ANX with SPIO in a reducing buffer. A final reduction step with sodium borohydride is performed to complete the reduction, and then the reaction is quenched. Unconjugated ANX is removed from the mix by microcentrifuge filtration. The size and purity of the ANX-SPIO product is verified by dynamic light scattering (DLS). This method does not require addition to, or modification of, the polysaccharide SPIO shell, as opposed to cross-linked iron oxide particle conjugation methods or biotin-labeled nanoparticles. As a result, this method represents a simple, robust approach that may be extended to conjugation of other proteins of interest.

Synthesis of an In vivo MRI-detectable Apoptosis Probe

Early detection of apoptosis may identify at-risk cell populations in a variety of diseases. Here we demonstrate a method to link an early apoptosis-detection protein (Annexin V) to a MRI-detectable iron oxide nanoparticle (SPIO). This method may be extended to other proteins of interest to generate MRI-detectable molecular imaging probes.

Synthese eines<em&gt; In vivo</em&gt; MRT-Probe nachweisbar Apoptose

Cellular apoptosis is a prominent feature of many diseases, and this programmed cell death typically occurs before clinical manifestations of disease are ...

Biologie

Synthesis, Characterization, and Application of Superparamagnetic Iron Oxide Nanoprobes for Extrapulmonary Tuberculosis Detection

A molecular imaging probe comprising superparamagnetic iron oxide (SPIO) nanoparticles and Mycobacterium tuberculosis surface antibody (MtbsAb) was synthesized to enhance imaging sensitivity for extrapulmonary tuberculosis (ETB). An SPIO nanoprobe was synthesized and conjugated with MtbsAb. The purified SPIO-MtbsAb nanoprobe was characterized using TEM and NMR. To determine the targeting ability of the probe, SPIO-MtbsAb nanoprobes were incubated with Mtb for in vitro imaging assays and injected into Mtb-inoculated mice for in vivo investigation with magnetic resonance (MR). The contrast enhancement reduction on magnetic resonance imaging (MRI) of Mtb and THP1 cells showed proportional to the SPIO-MtbsAb nanoprobe concentration. After 30 min of intravenous SPIO-MtbsAb nanoprobe injection into Mtb-infected mice, the signal intensity of the granulomatous site was enhanced by 14-fold in the T2-weighted MR images compared with that in mice receiving PBS injection. The MtbsAb nanoprobes can be used as a novel modality for ETB detection.

To improve serological diagnostic tests for Mycobacterium tuberculosis antigens, we developed superparamagnetic iron oxide nanoprobes to detect extrapulmonary tuberculosis.

Synthese, Charakterisierung und Anwendung von superparamagnetischen Eisenoxid-Nanosonden zur Erkennung von extrapulmonaler Tuberkulose

A molecular imaging probe comprising superparamagnetic iron oxide (SPIO) nanoparticles and Mycobacterium tuberculosis surface antibody (MtbsAb) was ...