이중 양전자 방출 단층 촬영에 대 한 68가 코어 첨가 산화 철 나노 입자의 합성 / (T1) 자기 공명 이미징

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 r_{2 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 프로브^1,,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 문제^7,,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 및^12,,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 동위^22,,2324에 대 한 부적 절 한 있습니다. 이러한 이유로, 왕 외. ^{25 64}Cu 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 이미징^27,28에이 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.
    N_T = N₀ · e^-λt
    여기,
    N_T: 시간 (t)에서 계산
    N₀: 계산 시간 (t) = 0
    Λ: 붕괴 상수
    t: 경과 시간
    
    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 과 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?...

자료

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