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요약

여기, 우리 제시를 프로토콜68가 코어 첨가 산화 철 나노 입자를 통해 빠른 전자 레인지 기반 합성. 애완 동물을 렌더링 하는 방법론/radiolabeling 90%와 99 %20 분 합성에서의 방사선 화학 순수성 보다 높은 효율성을 (T1) MRI 나노 입자.

초록

여기, 우리가 68조지아 마이크로웨이브 기술 가능 하 게 빠른와 재현 합성 절차 코어 첨가 산화 철 나노 입자를 전자 레인지 종합 설명. 이 경우에, FeCl3 및 구 연산 염 소금, 구 연산으로 코팅 된 산화 철 나노 입자는 전자 레인지에 10 분에 얻은 trisodium에서 시작. 이러한 나노 입자 4.2 ± 1.1 nm의 작은 코어 크기와 7.5 ± 2.1 nm의 유체역학 크기 제시. 또한, 그들은 있다 11.9 m m-1·s-1 의 높은 경도 relaxivity (r1) 값과 겸손 한 횡단 relaxivity 값 (r2) 22.9 m m-1·s-1는 낮은 r2 결과 / 1.9r1 비율. 이러한 값 자기 공명 영상 (MRI) 부정적인 반면, 일반적으로 산화 철 나노 입자를 사용한 대신에 긍정적인 대조 생성 가능 또한, 경우는 68Ge에서에서 68GaCl3 차입 /68가 발전기 나노 radiotracer 68가와 실수로 얻은 시작 물자에 추가 됩니다. 제품 사용 초기 활동에 높은 radiolabeling 수익률 (> 90%), 얻을 수 있습니다. 또한, 하나의 정화 단계 나노 radiomaterial 렌더링 사용 vivo에서준비.

서문

의료 목적을 위한 이미징 기술 조합 합성 복합 프로브1,,23다른 방법에 대 한 탐구를 시작 되었습니다. 양전자 방출 단층 촬영 (PET) 스캐너의 감도와 MRI의 공간 해상도, 애완 동물/MRI 조합 같은 시간4해부학 및 기능 정보를 제공 하는 가장 매력적인 가능성의 하나가 될 것 같다. MRI에서 T2-그들이 축적 하는 조직을 어둡게 가중치 시퀀스 사용할 수 있습니다. T1-가중치 시퀀스도 사용할 수 있습니다, 특정 축적 위치5의 브라이트닝 생산. 그 중 긍정적인 대조가 이다 종종 가장 적절 한 옵션으로 부정적인 대조 그 종종 폐6같은 기관에 의해 제시를 포함 하 여 생 hypointense 지역에서 신호를 차별화 하는 데 훨씬 더. 전통적으로, Gd 기반 분자 프로브 긍정적인 대조를 고용 했습니다. 그러나, Gd 기반 조 영제 제시 주요 결점, 즉 그들의 독성, 신장 문제7,,89를 가진 환자에 있는 중요 한입니다. 이 T1 조 영제로 그들의 사용에 대 한 생체 재료의 합성에 동기 연구를 있다. 흥미로운 접근 산화 철 나노 입자 (IONPs), 매우 작은 코어 크기, 긍정적인 대비10를 제공 하는의 사용 이다. 이 매우 작은 코어 때문 (~ 2 nm),3 + 이온 5 홀된 전자 각으로 표면에는 철의 대부분. 이 경도 휴식 시간 (r1) 값을 증가 하 고 훨씬 수익률 낮은 통과/경도 (r2/r1) 비율 원하는 긍정적인 생산 전통적인 IONPs에 비해 대비11.

애완 동물을 위한 양전자가 미터와 IONPs을 결합 하는 고려해 야 할 두 가지 주요 문제: 방사성 선거와 나노 radiolabeling. 첫 번째 문제에 대 한 68가 고 혹 적인 선택입니다. 그것은 상대적으로 짧은 반감기 (67.8 분). 그것의 반감기는 펩 티 드 라벨 일반적인 펩 티 드 biodistribution 번과 일치 하므로 적합 합니다. 또한, 68가 벤치 모듈에서 합성 및12,,1314근처 사이클 로트 론을 위한 필요를 피하는 발전기에서 생산 됩니다. Radiolabel를 나노, 위해 방사성 관 표면 라벨 널리 전략 이다. 이 68가 chelates ligand를 사용 하 여 또는 radiometal는 나노 입자의 표면으로의 선호도 활용 할 수 있습니다. IONPs에 관하여 문학에 있는 대부분의 예제는 chelator를 사용 합니다. 1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetraacetic 산 (DOTA)15, 1,4,7-triazacyclononane-1,4,7-triacetic 산 (NOTA)16,17및 1,4,7 같은 이종 환 식 ligands의 사용의 예입니다. triazacyclononane, 1-glutaric 산-4,7-아세트산 (NODAGA)18, 그리고 2, 3-dicarboxypropane-1, 1-diphosphonic 산 (DPD), tetradentate 리간드 19의 사용. Madru 외. 20 개발 chelator 무료 상표 IONPs 다른 사용 chelator 무료 방법을 사용 하 여 2014 년에서 전략 그룹 뒤로21.

그러나,이 방법의 주요 단점 vivo에서 transmetalation의 높은 위험, 낮은 radiolabeling 수익률, 그리고 긴 프로토콜 짧은 동위22,,2324에 대 한 부적 절 한 있습니다. 이러한 이유로, 왕 외. 25 64Cu 마이크로파 기술을 사용 하 여 5 분 합성에 IONPs의 코어에서 통합 관리, 핵심 실수로 나노 입자의 첫 번째 예제를 개발 했다.

여기, 우리가 많은 전통적인 방법으로 제시 하는 단점을 회피 하는 것은 신속 하 고 효율적인 절차는 나노의 핵심에는 방사성 핵 종 통합 설명 합니다. 이 위해 전자 레인지 기반 합성 (MWS)는 반응 시간이 상당히 감소 하 고, 수율, 증가 하 고 향상 재현성, IONP 합성에 매우 중요 한 매개 변수를 사용 하 여 제안 한다. MWS의 세련 된 성능은 유 전체 난방: 난방 분자 쌍 극 자 교체 전기 분야, 극 지 용 매 및 시 약 합성의이 유형에 대 한 보다 효율적으로 정렬 하려고 빠른 샘플. 또한, 계면 활성 제, 전자 기술, 함께으로 연산을 사용 하 여 결과 듀얼 T1을 생산 하는 매우 작은 나노 입자-여기 68가 코어 실수로 철 산화물으로 표시 하는 중된 MRI/애완 동물26 신호 나노 입자 (68가-C-IONP).

프로토콜 마이크로웨이브 기술, 양전자가 미터, 철 염화 나트륨 시트르산, 히드라 진 하이드 레이트, 듀얼 T1인으로 68GaCl3 의 사용을 결합-거의 20 분에 MRI/PET nanoparticulate 물자가 중. 또한, 그것은 생성 일관 된 결과 68의 범위가 활동 (37 MBq, 111 MBq, 370 MBq 1110 MBq)는 나노 입자의 주요 물리 화학적 특성에 어떤 중요 한 영향을 미칠 합니다. 높은 68가 활동을 사용 하 여 방법의 재현성 등 큰 동물 모델 또는 인간 연구 가능한 응용 프로그램의 필드를 확장 합니다. 또한, 방법에 포함 된 단일 정화 단계가입니다. 과정에서 어떤 무료 갈륨의 초과 철 염화 나트륨 시트르산, 히드라 진 하이드 레이트는 제거 젤 여과 의해. 총 무료 동위 원소 제거 및 샘플의 순도 아무 독성을 확인 하 고 이미지 해상도 향상. 과거에는, 우리가 이미 타겟된 분자 이미징27,28에이 접근의 유용성을 증명 하고있다.

프로토콜

1. 시 약 준비

  1. 0.05 M HCl
    1. 37%의 208 µ L을 추가 하 여 0.05 M HCl 준비 증류수 50 mL에 HCl.
  2. 고성능 액체 착 색 인쇄기 eluent
    1. 고성능 액체 크로마토그래피 (HPLC) eluent 6.9 g 나트륨 디 인산 염 일 수화물, disodium 수소 인산 염의 7.1 g, 염화 나트륨의 8.7 g 및 물 1 L에 나트륨 아 지 드의 0.7 g을 용 해 하 여 준비 합니다. 잘 혼합 하 고 pH를 확인 합니다. Eluent는 0.1 µ m 컷오프 살 균 필터를 통해 통과 하 고 사용 하기 전에 드. 범위: pH 6.2-7.0 (하지 않을 경우 [1m] NaOH와 HCl [5m] 조정).

2. 시트르산 코팅 된 산화 철 나노 입자의 합성

  1. FeCl3·6H2O의 75 밀리 그램 및 물 9 mL에 시트르산 trisodium 소금이 수화물의 80 mg을 디졸브.
    참고: 이러한 수량 제공 최종 정화 나노 입자의 12 mL ([Fe] ~1.4 mg·mL-1). 수량 2.5 mL의 최종 볼륨을 얻을를 축소 될 수 있습니다.
  2. 전자 레인지 적응 플라스 크에 혼합물을 넣어.
  3. 전자 레인지에 동적 프로토콜을 로드 합니다. 시간을 10 분, 250 psi 압력 W. 240 전력 120 ° C에 온도 설정
  4. 반응에 히드라 진 하이드 레이트의 1 mL를 추가 합니다.
    참고: 히드라 진 하이드 레이트 철 감소를 시작합니다. 따라서, 갈색, 밝은 노란색에서 솔루션의 외관에 변화를 관찰 했다.
  5. 전자 레인지 프로토콜을 시작 합니다.
  6. 한편, 젤 여과 염 열 20 mL의 증류수 린스.
  7. 프로토콜 완료 되 면, 실내 온도에 냉각 플라스 크를 하실 수 있습니다.
  8. 열에 최종 혼합물의 2.5 mL를 플라스틱 그리고 흐름을 통해 삭제.
    참고: 전자 레인지 중지 60 ° C에서 프로토콜 나노 입자는 60 ° c.에 젤 여과 열에 직접 추가할 수 있습니다.
  9. 3 mL 증류수의 열을 추가 하 고 유리 유리병에 나노 입자를 수집.
    참고: 나노 저장할 수 있습니다 실 온에서 1 주에 대 한. 이 시간 후, 그들의 유체역학 크기 증가 나노 집계 표시 됩니다.

3. 68가 코어 첨가 산화 철 나노 입자 (68가-C-IONP)의 합성

  1. 전자 레인지 적응 플라스 크에 FeCl3·6H2O의 75 밀리 그램 및 연산 trisodium 소금이 수화물의 80 mg을 넣어.
  2. 68Ge elute /68가 발전기 고 권장된 볼륨 (우리의 경우, 0.05 M HCl의 4 mL)에서 공급 업체에 따라 HCl의 농도 사용 하 여. 자기 차폐 된 발전기에서 볼륨의 주입 후 (4 mL의) 68GaCl3 획득, 추가 처리 없이 사용할 준비가입니다.
    참고: 단계 3.2 3.12 해당 방사능 안전 대책에 따라. 68 Ga는 양전자와 감마가 미터 동위 원소 이다. 연산자에 의해 방사선에 노출을 피하기 위해 적절 한 안전 조치의 사용은 중요 합니다. 연구원은 일반적인 차폐 및 방사성 핵 종 처리 절차를 사용 하 여 ALARA (낮은 합리적으로 달성) 프로토콜을 준수 해야 합니다. 또한, 반지, 몸에 배지와 오염 감지기의 사용은 필수입니다.
  3. 전자 레인지 적응 플라스 크를 68GaCl3 의 4 개 mL를 추가 합니다. 이 볼륨 생성기 활동 및 최종 나노 입자의 원하는 활동에 따라 작을 수 있습니다.
  4. 플라스 크에 증류수 5 mL를 플라스틱와 섞어 잘.
  5. 전자 레인지에 동적 프로토콜을 로드 합니다. 시간을 10 분, 250 psi 압력 W. 240 전력 120 ° C에 온도 설정
  6. 반응에 히드라 진 하이드 레이트의 1 mL를 추가 합니다.
    참고: 히드라 진 하이드 레이트 철 감소를 시작합니다. 따라서, 갈색, 밝은 노란색에서 솔루션의 외관에 변화를 관찰 했다.
  7. 전자 레인지 프로토콜을 시작 합니다.
  8. 한편, 젤 여과 염 열 20 mL의 증류수 린스.
  9. 프로토콜 완료 되 면, 실내 온도에 냉각 플라스 크를 하실 수 있습니다.
  10. 열에 최종 혼합물의 2.5 mL를 플라스틱 그리고 흐름을 통해 삭제.
    참고: 전자 레인지 중지 60 ° C에서 프로토콜 나노 입자를 직접 60 ° c.에 젤 여과 열에 추가할 수 있습니다.
  11. 3 mL 증류수의 열을 추가 하 고 유리 유리병에 나노 입자를 수집.
  12. Radiolabeling 효율성 NaI 잘 형 검출기를 사용 하 여 계산 합니다. 이 매개 변수는 일반적으로 활동 측정 68의 조지아 반응에 통합. 합성 및 정화 과정 후 정화 샘플의 활동은 측정 된다. 68가의 짧은 반감기 때문에 초기 작업 시간 (t)에서 해결 될 수 있다. 정규화 시간 표준 방정식 다음과 같습니다.
    NT = N0 · e-λt
    여기,
    NT: 시간 (t)에서 계산
    N0: 계산 시간 (t) = 0
    Λ: 붕괴 상수
    t: 경과 시간
    figure-protocol-2975
    참고: 효율 Radiolabeling 이어야 한다 90%-95% 사이.

4. 68가 코어 첨가 산화 철 나노 입자 (68가-C-IONP)의 분석

  1. 동적 산란
    1. 동적 산란 (DL)을 사용 하 여 68가-C-IONP의 유체역학 크기 측정. 샘플의 60 µ L를 베트로 플라스틱 고 샘플 당 3 크기 측정을 수행 합니다. 재현성을 보장 하기 위해,이 여러 가지 나노 일괄 처리와 반복 한다.
  2. 콜 로이드 안정성
    1. 다른 버퍼에 부 화 후 샘플의 유체역학 크기를 측정 하 여 68가-C-IONP의 콜 로이드 안정성 평가 (PBS, 염 분, 그리고 마우스의 혈 청) 서로 다른 시간에 대 한 0에서 24 h.에 이르기까지 37에 각 버퍼에 샘플의 500 µ L을 품 어 ° C. 선택 된 시간, 60 µ L aliquots 고 그들의 유체역학 크기를 측정 하는 DL 큐 벳에 플라스틱.
  3. 전자 현미경 검사 법
    1. 68가-C-IONP의 코어 크기 분석 전송 전자 현미경 (TEM)을 환상 다크 필드 영상 (줄기-HAADF)를 사용 하 여 (ref 가장 프로토콜: NIST-NCL 공동 분석 실험 프로토콜, PCC-X, 크기의 나노 입자를 사용 하 여 전송 전자 측정 현미경 검사 법)입니다.
  4. 젤 여과 라디오-크로마
    1. 젤 여과 정화 단계 동안 500 µ L aliquots에 차입 충분치 고는 activimeter;를 사용 하 여 각 하나에 방사능 측정 따라서, 젤 여과 크로마 렌더링.
  5. 68가-C-IONP의 방사선 화학 안정성
    1. 68가-C-IONP 37 ° C에서 30 분에 대 한 마우스의 혈 청에서 품 어 (반복 배). 그 시간 후에 적용으로는 나노 입자를 정화 하 고 나노 입자 및 여과 액에 방사능 측정. 활동이 다른 filtrates에서 감지 한다.
  6. Relaxometry
    1. 측정 하는 경도 (T1)과 가로 1.5 T relaxometer에서 (T2) 휴식 시간 및 37 ° c. 4 개의 다른 농도의 68가-C-IONP (2 mM, 1 mM, 0.5 m m, 및 0.25 m m)를 측정 한다. 휴식 요금 플롯 (r1= 1/T1, r2= 1/T2) 철 농도 대 한. 얻은 곡선의 기울기는 r1 r2 값을 렌더링 합니다.
  7. 미스터 애완 동물 유령 이미지
    1. 제자리에서 미스터 취득 (T1-시퀀스를가 중)와 애완 동물 유령 이미지 (0 m m, 1mm, 6.5 m m 및 9.0 m m) 애완 동물 활동 및 MRI 상관 관계에서 증가 신호를 관찰 하는 68가-C-IONP의 희석의 시리즈.

결과

68 Ga-C-IONP FeCl3, 68GaCl3, 구 연산 산, 물, 결합 하 여 종합 되었다 하 고 히드라 진 하이드 레이트. 이 혼합물은 120 ° C 및 제어 압력 하에서 240 W에서 10 분 동안 전자 레인지에 도입 되었다. 일단 샘플은 실내 온도에 냉각 했다은 나노 입자 unreacted 종 (FeCl3, 시트르산, 히드라 진 하이드 레이트)를 제거 하 고 68가 (?...

토론

산화 철 나노 입자는 T2에 대 한 기초가 대비 에이전트-MRI가 중. 그러나,이 유형의 특정 pathologies, T1의 진단에 대 한 대비의 단점 인-가 중 또는 밝은 대비는 여러 번 선호. 여기에 제시 된 나노 입자 뿐만 아니라 MRI에서 긍정적인 대조를 제공 하 여 이러한 한계를 극복 하지만 또한 애완 동물을 통해 68그들의 코어에서 Ga 설립 등 기능 이미징 기술에 신호를 제공. 마이?...

공개

저자는 공개 없다.

감사의 말

이 연구는 경제와 경쟁력 (MEyC)에 대 한 스페인 정부에서 교부 금에 의해 지원 되었다 (부여 번호: SAF2016-79593-P)와 카를로스 3 세 보건 연구소에서 (번호 부여: DTS16/00059). CNIC 정부의 드 많은 Innovación y 대학에 의해 지원 됩니다)와 프로 CNIC 재단은 세 베로 오 초아의 우수 센터 (MEIC 상 SEV-2015-0505)입니다.

자료

NameCompanyCatalog NumberComments
Iron (III) chloride hexahydratePOCH2317294
Citric acid, trisodium salt dihydrate 99%Acros organics227130010
Hydrazine hydrateAldrich225819
Hydrochloric acid 37%Fisher Scientific10000180
Sodium dihydrogen phosphate monohydrateAldrichS9638
Disodium phosphate dibasicAldrichS7907
Sodium chlorideAldrich746398
Sodium AzideAldrichS2002
Sodium dihydrogen phosphate anhydrousPOCH799200119
68Ga Chloride ITG Isotope Technologies Garching GmbH, Germany68Ge/68Ga generator system
MicrowaveAnton PaarMonowave 300
CentrifugeHettichUniversal 320
Size Exclusion columnsGE HealthcarePD-10

참고문헌

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