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).

試薬の調製<ol><li> 100mlの蒸留水にHEPESの23.8ミリグラムを溶解させる1 mMのHEPESバッファーを準備します。 pHを7に調整します。 </li><li> 10％のNaHSO 3を 100mlの蒸留水にのNaHSO 3の10グラムを溶解準備します。 15分間混合物を撹拌しました。 </li><li>水100mlに水酸化ナトリウム1gを溶解するのNaOH溶液を調製します。 10分間攪拌します。 </li><li>水1LでのNaH 2 PO 4の600 mgの溶解10mMのリン酸緩衝液を準備します。リン酸注意深く0.34 mlを加え、30分間撹拌しました。 2.9（合格範囲2.7〜3.0）にpHを調整します。 </li><li> 1 Lの体積は7.2にpHを調整する作るためのNaH 2 PO 4の269 mgを、蒸留水へのNa 2 HPO 4の1.09グラムを溶解し、10mMのリン酸緩衝液を準備します。 </li></ol>オレイン酸コーティングされたナノ粒子（OA-IONP）の2.合成<ol><li>電子レンジでフラスコは、Feの0.5グラム（ACAC）3、oleiの1.4ミリリットルを追加適応C酸、オレイルアミンの0.6ミリリットル及び1,2- hexadodecanediolの1.19グラム。卒業ピペットを用いてフラスコの壁を通して慎重フェニルエーテルの10ミリリットルを追加します。 </li><li>マイクロ波反応器中でフラスコを導入し、マイクロ波プロトコルを開始します。 注：電子レンジのソフトウェアは、温度、圧力、攪拌スピード、パワー、反応時間などのさまざまなパラメータの大きさを選択することができます。また、調整可能な合成を可能にする同一のプロトコルで三つの異なる段階をロードする可能性があります。ロードされた合成プロトコルが開始されると、マイクロ波は、（プロセスをランピング）できるだけ速くサンプルを加熱し、（プロセスを実行している）選択された反応時間の間にそれを維持します。電力の選挙は、ランピングの時間を決定します。 </li><li>電子レンジで動的研究をロードします。プロトコルは3段階が含まれています。 <ol><li>ステージ1：60℃、時間2分、圧力250 PSIおよび電力の150 Wまで温度を設定します。撹拌速度は上に高い位置と最大電力にしておく必要があります。 </li><li>スタッグE 2：200℃、時間20分、圧力250 PSIおよび電力の300 Wまで温度を設定します。撹拌速度は上に高い位置と最大電力にしておく必要があります。 </li><li>ステージ3：250℃、時間10分、圧力250 PSIおよび電力の300 Wまで温度を設定します。撹拌速度は上に高い位置と最大電力にしておく必要があります。 </li></ol></li><li>プロトコルの終了後、フラスコを室温に冷却します。 注：プロセスは、ガス流の有無にかかわらず行うことができる冷却。いずれの場合も、同じ結果を提供します。凝集体はEtOHでそれを洗って、撹拌棒で、フラスコの壁に表示さ​​れ、の三角の上にそれを置きます。 </li><li>ガラスピペットを使用しての三角に反応混合物を移し、エタノール98％の10ミリリットルを追加します。 、フラスコ以下のNd-NB-B磁石を入れて5分待ってからガラスピペットで上清を除去します。 </li><li> 、エタノールの10ミリリットルを追加2分および40 kHzのために室温でサンプルを超音波処理、磁石上にサンプルを置き、上清を除去します。 LEAで、この手順を繰り返します三回のt。 </li><li>室温で5分間、40 kHzでの CHCl 3および超音波処理の30ミリリットル中のオレインナノ粒子を分散させます。製造元の指示に従ってゼータサイザーに流体力学的サイズを確認してください。ガラスキュベットにOA-IONPの0.5ミリリットルを入れし、CHCl 3の0.5ミリリットルを追加します。受け入れ範囲は7-10 nmのは、強度のZ平均サイズとして表現しました。 注記：OA-IONPヘキサンで十分に分散させることができます。 </li></ol>アゼライン酸ナノ粒子の3合成（アゼライン酸-IONP） <ol><li> CHCl 3（3：2ミリリットル）のKMnO 4の44.3 mgであり、H 2 Oの混合物でBTAClの150.4 mgの溶かします。マイクロ波適応フラスコ内のOA-IONPの5ミリリットルのアリコートに得られた溶液を追加します。 </li><li>アゼライン酸IONPためのマイクロ波プロトコルを開始します。 105℃の設定温度は、時間9分、300 W.での圧力250 PSIとパワーをフラスコにリン酸緩衝液pH = 2.9の10ミリリットルを入れ、マイクロ波プロトコルを繰り返します。冷却工程後、ナノ粒子を回収します磁石を使用して、上清を除去します。 </li><li> 、三角フラスコに10％のNaHSO 3の5ミリリットルを加え、25℃で2分間、40 kHzの超音波処理、磁石を用いて粒子を収集し、上清を除去します。 （ステップ2回繰り返した。）を1％NaOHを用いてナノ粒子を3回洗浄し、最後にリン酸塩緩衝液pHを5ml = 7.2で再分散させます。 </li><li>流体力学的サイズとゼータ電位を確認してください。使い捨て折り畳まれたキャピラリーセルにアゼライン-IONPの0.7ミリリットルを入れて、ゼータサイザーにそれを挿入します。 注：強度のZ平均サイズとして表現nmのサイズ25-35の受け入れ範囲。 Z-潜在-45±5 mVでの受け入れ範囲。より大きなナノ粒子（約70nmの）をリン酸緩衝液pH&gt; 7に代えてpH = 2.9（REF CHEMユーロJ 2008）を用いて得ることができます。 </li></ol> 4.ネリドロネートナノ粒子の合成（ネリドロネート-IONP） <ol><li>アゼライン-IONP 2mlのアリコートと遠心分離機でEDCの12 mgであり、スルホNHS 15mgのを追加します。置きます35分間室温でボルテックスで混合。 </li><li> 、ナノ粒子を不安定に上清を吸引し、HEPES、1mMのをpH = 7の緩衝液1.5ミリリットルを有する粒子を洗浄するために遠心分離機の下に磁石を入れてください。 （このステップを2回繰り返します。）その後、ネリドロネート5mgを追加し、2時間ボルテックスで混合物を振ります。 </li><li> 1 mMのHEPES pH = 7に緩衝液を用いて磁石と洗浄（3×2ミリリットル）で区切りナノ粒子。最後に、1mMのHEPESでpH = 7の緩衝液2ミリリットルにネリドロネート-IONPを分散させます。 </li><li>流体力学的サイズとゼータ電位を確認してください。使い捨て折り畳まれたキャピラリーセルにネリドロネート-IONPの0.7ミリリットルを入れ、（機器のセットアップを参照してください）​​ゼータサイザーにそれを挿入します。 注：強度のZ平均サイズとして表現nmのサイズ40-45の受け入れ範囲。 Z-潜在-20±5 mVのための受け入れ範囲。 </li></ol>アポEにおける動脈硬化プラークのin vivo検出5. - / - MRIによるマウス<ol><li> MRI取得のための準備 注：いくつかの例：動物実験のためのTRAシステムが必要とされています。このように、それは必要になります。 <ol><li>動物を麻酔するために適切な装置を使用してください。 </li><li>動物の安定した温度を維持するために外部の暖かい空気との緊密な回路循環温水システムを取得します。 注：この場合、MRI適合監視およびゲーティングシステムは、MRI磁石内部の動物の温度を登録します。 </li><li>動物の近接性、動物の体内（直腸体温計）温度、MRIコンソールで統合されたインターフェースを使用して胸部に近い動物の体の下に位置する呼吸センサで外部温度を監視します。 </li></ol></li><li> MRI実験<ol><li> 100％の酸素ラインを持つ（2または3分のMRI実験中のメンテナンスのための1から1.5パーセントの間、誘導のための2％）気化イソフルランで動物を麻酔。 </li><li>プロファイル取得の助けを借りて磁石の中心に動物を置きます。 </li><li>ステップ5.2.2の後、曲は300MHz（7 T）共振周波数にRFコイルと、最適な信号受信のための50オームへのコイルの特性インピーダンスと一致しています。 注：（私たちのケースでは、直交コイルであった）個別に送信コイルの各部分にアダプタ/スプリッタを経由して測定系に行く外部配線との接続に注意してください。 </li><li>コイルのチューニングと照合した後、スキャナにコイルを接続します。 </li><li> RFパルスのキャリブレーション（形状や長さ）と中心周波数調整のために手動で周波数のパルス校正とセ​​ンターの両方を実行します。手動で90°パルス較正、粗いシミング（下記参照）、中心周波数と受信機のゲイン調整を行います。 </li><li>アキシャル、コロナル、サジタル、とも呼ばれるtripilot：グラディエントエコー（FLASHまたはGRE）ローカライザースキャン（3面のスカウト取得を使用して正確な位置を実行します。 </li><li> CENで磁場均一性を最適化するために、磁石のシミングを行います磁石のター。 1または単一パルスFIDシーケンスを使用して（5.2.3を参照）この手順を手動で実行し、第一及び第二の注文シムを調整したり、システムに含まれる任意の自動シミングシーケンス 注：よくシム磁界が容易に認識およびT2 *で測定される（としてより大きな）またはスペクトルの狭いFWHM。 </li></ol></li><li>プラーク5のMRIデータ集録<ol><li>尾静脈に100μlのネリドロネートナノ粒子の（1 mgの[鉄]ミリリットル-1）を注入し、画像を1時間後に注射を獲得。腹部大動脈（腎分岐部）を見て動脈硬化性プラークのMRI取得のためのパラメータをロードします。 </li><li>アーティファクトを最小限にするために、インターリーブモードでマルチスライス、10〜20のスライスを入れてください。 </li><li>小さな勾配コイル共同でFOV 60×30ミリメートル（冠状）、30×30ミリメートル（軸）、スライス厚0.8ミリメートル（：次のパラメータを使用して冠状又は軸方向視でT1強調MRIエコー高解像度高速スピンを獲得nfigurationこれは0.6ミリメートル）、400ミリ秒のTR、8ミリ秒のTE、5-8分の平均取得時間のための8（小勾配）信号の平均値に256×256の取得及び再構成行列データ、6（大きな勾配）に減少させることができます。 注：TEが特に重要とアプリケーションを制限することができ、血液信号と流量との化学シフトアーチファクトの存在です。これらの場合には鈍感な高速スピンエコーT2-IRを流すアーティファクトを低減するのを助けることができるとまったく同じ場所に相補データの取得は、プラークを特徴付けるために助けることができます。また、プリサチュレーションパルスは、外壁の境界と化学シフトアーチファクト低減の良好な描写のために動脈壁の周囲の脂肪組織を減少させるために使用することができます。 </li><li> 5：このようなダイコムとビュー適切なソフトウェア（医用画像データ官例えば OsiriXのイメージングソフトウェアまたはアミド）などの標準フォーマットを使用して画像を転送します。手動でVESを区切る造影効果の定量化SEL領域、壁の厚さ、内腔面積、プラーク負担5。 </li></ol></li></ol>

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	<li>Patel, D. N., Bailey, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanotechnology+in+cardiovascular+medicine.">Nanotechnology in cardiovascular medicine.</a> Catheter. Cardiovasc. Interv. Off. J. Soc. Card. Angiogr. Interv. 69, 643-654 (2007).</li><li>Zhao, X., Zhao, H., Chen, Z., Lan, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasmall+superparamagnetic+iron+oxide+nanoparticles+for+magnetic+resonance+imaging+contrast+agent.">Ultrasmall superparamagnetic iron oxide nanoparticles for magnetic resonance imaging contrast agent.</a> J. Nanosci. Nanotechnol. 14, 210-220 (2014).</li><li>Lee, D. 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L., Khosla, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bisphosphonates:+mechanism+of+action+and+role+in+clinical+practice.">Bisphosphonates: mechanism of action and role in clinical practice.</a> Mayo Clin Proc. 83, 1032-1045 (2008).</li><li>Devogelaer, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Treatment+of+bone+diseases+with+bisphosphonates,+excluding+osteoporosis.">Treatment of bone diseases with bisphosphonates, excluding osteoporosis.</a> Curr. Opin. 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酸化鉄ナノ粒子（IONP）最も重要なナノ物質の一つであり、それは、昔からの異なる用途に使用されてきました。磁気共鳴イメージング（MRI）用の造影剤としてのこれらの材料の使用は、十分に確立された分野です。しかし、合成の経路は、多くの場合、いくつかの時間がかかるし、設定が複雑です。劇的に反応時間を短縮し、再現性を高めるによるマイクロ波駆動型合成の使用は、高品質の...

アテローム性動脈硬化症は、無秩序な脂質代謝不良炎症反応から生じる動脈壁の多因子の慢性炎症性疾患です。罹患率およびこれと関連する心血管疾患の経済的・社会的コストにナノテクノロジーは最も有望なの一つとなっている新しいツール、との病理に対処する上で関心が高まっている。1-3。しかし、高速の非常に少数の例があります診療所への変換のための基本であるプローブの産生および特徴4このプロトコルでは、我々はビスホスホネートとし、アポEにおけるアテローム性動脈硬化症のin vivo検出のさらなる官能化のために酸化鉄ナノ粒子のマイクロ波合成を使用する- 。/ - 。1時間のマウスを5酸化鉄ナノ粒子（IONP）はよく知られているナノ材料および磁気共鳴画像（MRI）用の造影剤としての使用の異なる疾患の検出のために確立されています最後の年での6-8 マイクロ波合成（MWS）は、高い再現性と強化された収率で非常に短い時間でナノ粒子を合成することができます。私たちのプロトコルでは9,10我々はプラークは3つのステップで機能を標的とするIONPを得ます。最後の一つは、そのカルシウム結合特性のために私たちの戦略の鍵であるアミノビスフォスフォネート、ネリドロネート、のアタッチメントです。それらの天然のアナログピロリン酸（PPI）のために、ネリドロネートは骨形成不全（OI）及び骨のパジェット病骨に対するそれらの高い親和性（PDB）の治療に使用されている。11-13 プロトコルの3つのステップが1ステップ1および2は、マイクロ波技術を用いて行われるスキームに要約されています。最初のステップは、公表された方法の修飾によって、オレイン酸被覆酸化鉄ナノ粒子（OA-IONP）を提供する。14プロトコルはtraditのマイクロ波合成に適応したものですional熱分解合成。15,16のFe（ACAC）3を含有する混合物、オレイン酸、オレイルアミン、1,2-ドデカンジオールをベンジルアルコールに溶解し、2つの加熱工程に供されます。精製をEtOHで洗浄し、上清中の界面活性剤の過剰を除去するためにNd-Fe-B磁石で粒子を収集が行われます。その後、OA-IONPをCHCl 3で安定化されます。非常に高速加熱に、予想されたように、予想される結果は、マイクロ波によって合成されたナノ粒子は、コア（3.7±0.8 nm）で、伝統的な熱分解と比較して、流体力学的サイズ（7.5 nm）との点で小さくなっていることを示しました。しかし、ナノ粒子は、依然として良好な結晶性を提示します。 第二段階は、我々のグループで開発したオリジナルの方法論は、MWの条件のために変更された、のKMnO 4のような強力な酸化剤を使用して、オレイン酸中に存在する二重結合の直接的な化学修飾、で構成されています。二重結合- 17第一段階はのMnO 4との間の複合体を形成しています。その後、酸性条件下での第二段階は、アゼライン酸IONPを与えるオレイン酸分子の切断を生成します。酸を中和するのMnO 2を、次いで水酸化ナトリウム1％ - 10分間それぞれのこれらの二つの段階の後、サンプルはのMnO 4の過剰を減少させるためのNaHSO 3の1％で精製し、最初の洗浄です。 精製工程、アゼライン-IONP後、10 mMリン酸緩衝液pH = 7.2で安定化されます。このバッファは、同様にオリジナルの、熱反応で起こったことへの粒子のコロイド安定性のための最高の環境です。18は、OA-IONPに含まれる二重結合の直接酸化のためのマイクロ波を使用することは利点の非常に良い例ですナノ粒子の合成は、この技術を使用します。反応は24時間を取る古典的な方法では、マイクロ波の利用はをReactiを減少させます18分までの時間に。また、マイクロ波駆動型プロトコルは、4回繰り返した後、流体力学的サイズの30±5 nmのでナノ粒子を与える優れた再現性を示しています。流体力学的サイズの変化離れて、ゼータ電位は素早く反応の成功を確認する良いパラメータです。アゼライン-IONPで新しいカルボキシル基の存在のために、ゼータ電位の値は、熱的なアプローチにより得られた値に24 -44 mVで、非常に類似しています。 アゼライン-IONPにネリドロネートの付着のために、伝統的なEDC /スルホ-NHS結合が使用される。この合成アプローチは、十分に確立されている19で活性化カルボキシレートを使用するので、スルホ-NHSは、反応中にコロイド安定性を確保します。リン酸緩衝液の除去は、ネリドロネートとの反応は、1mMのHEPES緩衝液中で行われた後（pH約7）。反応は狭いサイズ競合製品で40±4nmの流体力学的サイズとネリドロネート-IONPをレンダリングibutionとゼータ電位の-24.1 mVの。 この方法の実現可能性は、同じ条件を用いて、遊離アミンを持つ任意のペプチド/抗体の結合を可能にするが、手順は、T 2強調造影剤MRI内で異なる目的のために、動脈硬化性プラークのin vivo可視化のためのIONPの高速合成について記載されていますフィールド。

<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

迅速かつ再現可能なマイクロ波駆動型プロトコルはネリドロネート官能化ナノ粒子の合成のために開発されました。疎水性ナノ粒子の合成から出発し、私たちの方法は、マイクロ波駆動の合成と熱分解法から適応に基づいています。新しい方法論は、従来の手順と比較して反応時間の減少を生成します。また、マイクロ波技術の使用は、臨床応用の観点から重要な何かを反応の再現性を向上させます。この酸化鉄ナノ粒子の新規性は、ネリドロネートの結合です。この分子の使用は、Caを提供し、ナノ粒子2+ vitroおよびアテロームプラークのin vivoでの選択的蓄積の結合特性の外側に向かってビスホスホネート部分をリードしています。プロトコルはorganiから初期合成以来、約3時間での合成およびプラークの検出を可能にしますC前駆体。 1時間未満でのアテローム性動脈硬化症の領域での蓄積は、臨床用途に特に適した造影剤を提供します。

このプロトコルでは、三つの異なるIONPの合成が記載されています。疎水性のOA-IONPから出発し、水性安定したナノ粒子は、マイクロ波駆動型合成の助けを借りて得られます。すべてのナノ粒子は、非常に狭いサイズ分布（ 図1c）で超小型流体力学的サイズ（DH &lt;50 nm）を示しました。マイクロ波技術の使用は、コアサイズの点で超小型のナノ粒子をレンダ...

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

アテローム性動脈硬化症の高速検出のための酸化鉄ナノ粒子のマイクロ波駆動型の合成

マイクロ波技術は、アテローム性動脈硬化症のプラークの特徴付けのための酸化鉄ナノ粒子の非常に高速な合成を可能にします。ナノ粒子の外部側のアミノビスフォスフォネートの使用は、アテローム性動脈硬化症領域での高速蓄積を提供します。

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

microwave-driven-synthesis-iron-oxide-nanoparticles-for-fast

Research

JoVE Journal

Bioengineering

10.4K ビュー.  Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares Carlos III and CIBER de Enfermedades Respiratorias. マイクロ波技術は、アテローム性動脈硬化症のプラークの特徴付けのための酸化鉄ナノ粒子の非常に高速な合成を可能にします。ナノ粒子の外部側のアミノビスフォスフォネートの使用は、アテローム性動脈硬化症領域での高速蓄積を提供します。 

ビデオ: 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.

Immunotargeted磁気プラズモニックナノクラスターの合成

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

化学

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.

細胞標識および超常磁性酸化鉄ナノ粒子とターゲティング

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

生物工学

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.

機能化された磁気ナノ粒子の合成、その結合とゼリロフォア・フェロキサミンの評価

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.

チューニング可能なナノスケールの次元と組成を有するマンガンフェライトクラスターの安定した水性懸濁液

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.

アテローム性動脈硬化のイメージングのためのペプチド両親媒性分子ミセルの単球ターゲットの合成

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.

非侵襲的診断のプロテアーゼ活動In Vivo検出するナノセンサー

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).

磁気測定を用いて細胞の組み込みとそれに続く化学的合成酸化鉄ナノ粒子の生分解をモニタリングする

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.

マンガンの熱分解による酸化マンガンナノ粒子合成(II) アセチルアセトネート

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.

の合成<emインビボ&gt;</em&gt; MRIで検出可能なアポトーシスプローブ

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

生物学

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.

超常磁性鉄酸化物ナノプローブの合成、特性解析、応用による肺外結核検出

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