68Ga çekirdek katkılı demir oksit nano tanecikleri çift pozitron emisyon tomografi için sentezi / (TRT1) manyetik rezonans görüntüleme

Özet

Burada, elde etmek için bir iletişim kuralı mevcut⁶⁸Ga çekirdek katkılı demir oksit nano tanecikleri ile hızlı mikrodalga tahrik sentezi. Evde beslenen hayvan metodoloji işler / (TRT₁) MRG nano tanecikleri ile verimliliği % 90 ve %99 20 dk sentez radiochemical saflık daha yüksek radiolabeling.

Özet

Burada, demir oksit nano tanecikleri çekirdek katkılı- ⁶⁸GA mikrodalga teknolojisi sağlar hızlı ve tekrarlanabilir sentetik yordamlar ile elde etmek için bir mikrodalga sentez açıklayın. Bu durumda, FeCl₃ ve sitrat tuz, sitrik asit ile kaplı demir oksit nano tanecikleri mikrodalga 10 dk içinde elde edilen TRISODYUM başlayarak. Bu nano tanecikleri küçük çekirdek boyutu 4.2 ± 1.1 nm ve 7,5 ± 2.1 nm hidrodinamik boyutu mevcut. Ayrıca, yüksek boyuna relaxivity (r₁) değeri 11.9 mM^-1·s^-1 ve mütevazı enine relaxivity değeri (r₂) neden olan bir düşük r_{2 22.9 mM^-1·s^-1ellerinde} / 1.9r₁ oranı. Bu değerler pozitif kontrast üretimi olumsuz kontrast, yaygın olarak kullanılan demir oksit nano tanecikleri ile yerine manyetik rezonans görüntüleme (MRG) etkinleştirin. Buna ek olarak, Eğer bir ⁶⁸Ge ⁶⁸GaCl₃ elüsyon /⁶⁸Ga jeneratör bir nano-radiotracer ⁶⁸ile Ga katkılı elde edilir başlangıç malzeme eklenir. Ürün ile bir yüksek radiolabeling verim (> % 90'ı), kullanılan ilk etkinlik ne olursa olsun elde edilir. Ayrıca, bir tek arıtma adım nano-radiomaterial işler kullanılan vivo içindeolmaya hazır.

Giriş

Tıbbi amaçlar için görüntüleme teknikleri arada multimodal probları^1,2,3sentezlemek farklı yöntemler arayışı tetikledi. Pozitron emisyon tomografisi (PET) tarayıcılar duyarlılığını ve MRI uzamsal çözünürlük nedeniyle, evde beslenen hayvan/MRG kombinasyonları aynı saat⁴anatomik ve fonksiyonel bilgi veren en çekici İhtimallerden birini görünmektedir. MRI içinde T₂-ağırlıklı dizileri kullanılabilir, hangi onlar birikir doku karartma. TRT₁-ağırlıklı dizileri de kullanılabilir, belirli birikimi konum⁵/ parlatma üreten. Negatif kontrast çok zor bu kez akciğer⁶gibi organlar tarafından sunulan gibi endojen hypointense alanda sinyalini ayırt etmek için yapar gibi bunlar arasında pozitif kontrast kez en uygun seçenektir. Geleneksel olarak, moleküler probları Gd tabanlı pozitif kontrast elde etmek için istihdam edilmiştir. Ancak, Gd tabanlı kontrast ajanlar büyük bir dezavantaj, yani onların kritik hastalarda böbrek sorunları^7,8,9toksisite, mevcut. Bu T₁ kontrast ajanlar sentez biyouyumlu malzemelerin kullanımları için motive araştırma vardır. İlginç bir yaklaşım pozitif kontrast¹⁰sağlayan demir oksit nano tanecikleri (IONPs), bir çok küçük çekirdek boyutu ile kullanmaktır. Bu son derece küçük çekirdek nedeniyle (~ 2 nm), çoğu^{3 +} iyonları vardır 5 unpaired elektron her ile yüzeyi Fe. Bu boyuna gevşeme zamanı (r₁) değerleri artırır ve verimleri çok daha düşük enine boyuna (r₂/r₁) istenilen pozitif üreten geleneksel IONPs için karşılaştırıldığında oranları kontrast¹¹.

IONPs pozitron emitör için evde beslenen hayvan ile birleştirmek için dikkate almak için iki önemli sorunlar vardır: radyoizotop seçim ve nanoparçacık radiolabeling. İlk sorunu ile ilgili olarak, ⁶⁸Ga çekici bir seçimdir. Nispeten kısa bir yarı ömrü (67.8 min) vardır. Onun half-life ortak peptid biodistribution kez eşleşir beri peptid etiketleme için uygundur. Ayrıca, ⁶⁸Ga tezgah modülleri sentezinde etkinleştirme ve bir cyclotron^12,13,14yakın ihtiyacını kaçınarak bir jeneratör üretilmiştir. Nanopartikül radiolabel için yaygın olarak karşılaşılan bazı strateji yüzey etiketleme radyoizotop birleşme olduğunu. Bu ⁶⁸Ga chelates bir ligand kullanarak veya radiometal nanopartikül yüzeyine doğru benzeşme yararlanarak yapılabilir. IONPs ile ilgili edebiyat çoğu örnekte bir şelatör kullanın. 1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetraacetic asit (DOTA)¹⁵, 1,4,7-triazacyclononane-1,4,7-triacetic asit (NOTA)^16,17ve 1,4,7 - gibi oluşur ligandlar kullanım örnekleri vardır triazacyclononane, 1-glutarik asit-4,7-asetik asit (NODAGA)¹⁸ve 2, 3-dicarboxypropane-1,1-diphosphonic asit (DPD), bir tetradentate ligand ¹⁹kullanımı. Madru vd. ²⁰ geliştirilen bir şelatör ücretsiz etiket başka bir tarafından kullanılan bir şelatör ücretsiz yöntemi kullanarak IONPs için 2014 strateji grup özafagusu²¹.

Ancak, bu yaklaşımın büyük dezavantaj içinde vivo transmetalation yüksek risk içerir, radiolabeling verimleri ve uzun protokolleri kısa ömürlü izotoplar^22,23,24için uygun olmayan düşük. Bu nedenle, Wong vd. ^{25 64}Cu IONPs mikrodalga teknolojisi kullanarak bir 5-dak sentez içinde çekirdek birleştirmek için yönetmek çekirdek katkılı nano tanecikleri, ilk örnek geliştirdi.

Burada, biz radyonüklid nanopartikül, çekirdeğin içine dahil etmek bir hızlı ve verimli birçok geleneksel yöntemler tarafından sunulan sakıncaları gelmiyor açıklayınız. Bu amaçla, biz hangi tepki süreleri önemli ölçüde azaltır, verimi artırır ve tekrarlanabilirlik, kritik düzeyde önemli IONP sentez parametrelerinde geliştirir bir mikrodalga tahrik sentezi (MWS), kullanımını öneriyoruz. Dielektrik ısıtma nedeniyle MWS, rafine performanstır: hızlı örnek moleküler dipoller polar çözücüler ve Kimyasalları sentez bu tür için daha verimli olmak alternatif elektrik alanı ile hizalamak çalışırken Isıtma. Buna ek olarak, sitrik asit kullanımı ile birlikte mikrodalga teknolojisi, bir yüzey aktif olarak bir çift T₁üreten, son derece küçük nano tanecikleri içinde olmaktadır-Ağırlıklı MRG/PET²⁶ sinyal burada ⁶⁸Ga çekirdek katkılı demir oksit gösterilir, nano tanecikleri (⁶⁸Ga-C-IONP).

Protokol mikrodalga teknolojisi, ⁶⁸GaCl₃ pozitron Yayıcı, Demir klorür, sodyum sitrat ve Hidrazin hidrat, Çift T₁' sonucu olarak kullanımı birleştiriyor-MRI/PET nanoparticulate malzeme neredeyse 20 dakika içinde ağırlıklı. Ayrıca, bu Ga faaliyetleri (37 MBq, 111 MBq, 370 MBq ve 1110 MBq) nano tanecikleri ana Fizikokimyasal özellikleri üzerinde önemli hiçbir etkisi ile ⁶⁸aralığında tutarlı sonuçlar verir. Yüksek ⁶⁸Ga etkinlikleri kullanarak yöntemi tekrarlanabilirlik olası uygulamaları, büyük hayvan modeller veya insan çalışmaları da dahil olmak üzere alanı genişletir. Ayrıca, yöntem dahil bir tek arıtma adım vardır. Bu süreç içinde herhangi bir ücretsiz galyum, aşırı demir klorür, sodyum sitrat ve Hidrazin hidrat jel filtrasyon tarafından kaldırılır. Toplam ücretsiz izotop eleme ve örnek saflığı zehirlenmesi sağlamak ve görüntüleme çözünürlüğünü artırır. Geçmişte, biz zaten bu yaklaşımda hedeflenen moleküler görüntüleme^27,28kullanışlılığı gösterdi.

Protokol

1. reaktif hazırlık

1. 0,05 M HCl
   1. 208 µL % 37 ekleyerek 0,05 M HCl hazırlamak HCl 50 ml distile su.
2. Yüksek performanslı sıvı kromatografi eluent
   1. Yüksek performanslı sıvı kromatografi (HPLC) eluent 6.9 g sodyum dihydrogen fosfat monohidrat, 7.1 g disodyum hidrojen fosfat, sodyum klorür 8.7 g ve 1 litre su içinde sodyum azid 0.7 g çözülerek hazırlayın. Mix iyi ve pH kontrol edin. Kullanmadan önce degas ve eluent bir 0,1 µm kesim steril filtreden geçer. Kabul aralığı: pH 6.2-7.0 (NaOH [1 M] veya HCl [5 M] ile Aksi takdirde ayarlayın).

2. sitrat kaplı demir oksit nano tanecikleri sentezi

1. FeCl₃·6H₂O 75 mg ve 80 mg sitrik asit TRISODYUM tuz dihydrate 9 mL su içinde çözülür.
   Not: Bu miktarları son saf nano tanecikleri 12 mL sağlamak ([Fe] ~1.4 mg·mL^-1). Miktarları 2.5 mL son hacmi elde etmek için ölçeklendirilebilir.
2. Karışımı mikrodalga adapte şişeye koyun.
3. Mikrodalga dinamik bir protokol yüklemek. Sıcaklığı 120 ° C ile 10 dk, 250 PSI basınç ve 240 W. iktidara saatini ayarlayın.
4. 1 mL hidrazin hidrat için tepki ekleyin.
   Not: Demir Azaltma Hidrazin hidrat başlatır. Bu nedenle, çözümden açık sarı kahverengi, görünüşte bir değişiklik görülmektedir.
5. Mikrodalga protokol başlayın.
6. Bu arada, jel filtrasyon desalting sütun 20 mL distile su ile durulayın.
7. İletişim kuralı tamamlandıktan sonra oda sıcaklığında soğumaya şişeye izin verir.
8. Sütuna son karışımı 2.5 mL pipet ve akışı aracılığıyla atın.
   Not: Mikrodalga iletişim kuralı 60 ° C'de durur; nano tanecikleri doğrudan jel filtrasyon sütun 60 ° C'de eklenebilir
9. Sütun 3 mL distile su ekleyin ve bir cam şişe içinde nano tanecikleri toplamak.
   Not: Nano tanecikleri oda sıcaklığında 1 hafta boyunca saklanır. Bu saatten sonra nanopartikül toplama görünür, hidrodinamik onların boyutunu artırma.

3. ⁶⁸Ga çekirdek katkılı demir oksit nano tanecikleri (⁶⁸Ga-C-IONP) sentezi

1. FeCl₃·6H₂O 75 mg sitrik asit TRISODYUM tuz dihydrate 80 mg mikrodalga adapte şişesi koymak.
2. ⁶⁸Ge elute /⁶⁸Ga jeneratör kullanarak önerilen birim ve konsantrasyon HCL, satıcı (bizim durumumuzda, 4 mL 0,05 M HCL) göre. Bu birimin kendi kendini korumalı jeneratöründe enjeksiyon sonra (4 mL) ⁶⁸GaCl₃ elde edilen, daha fazla işlem yapmadan kullanıma hazır.
   Not: ilgili radyoaktivite güvenlik önlemleri adımlar 3.2-3.12 için izleyin. ⁶⁸ GA pozitron ve gama emitör izotop olduğunu. Operatör tarafından radyasyona maruz önlemek için uygun güvenlik önlemleri kullanımı çok önemlidir. Araştırmacılar tipik koruyucu ve radyonüklid işleme yordamları kullanarak bir ALARA (makul olarak ulaşılabilir düşük) protokolü izlemelidir. Ayrıca, bir yüzük, vücut rozetleri ve kirlenme dedektörü kullanımı zorunludur.
3. ⁶⁸GaCl₃ 4 mL mikrodalga adapte şişeye ekleyin. Bu birim daha küçük, jeneratör etkinlik ve son nano tanecikleri istenen etkinliği bağlı olarak olabilir.
4. 5 mL distile su şişesi pipet ve iyice karıştırın.
5. Mikrodalga dinamik bir protokol yüklemek. Sıcaklığı 120 ° C ile 10 dk, 250 PSI basınç ve 240 W. iktidara saatini ayarlayın.
6. 1 mL hidrazin hidrat için tepki ekleyin.
   Not: Demir Azaltma Hidrazin hidrat başlatır. Bu nedenle, çözümden açık sarı kahverengi, görünüşte bir değişiklik görülmektedir.
7. Mikrodalga protokol başlayın.
8. Bu arada, jel filtrasyon desalting sütun 20 mL distile su ile durulayın.
9. İletişim kuralı tamamlandıktan sonra oda sıcaklığında soğumaya şişeye izin verir.
10. Sütuna son karışımı 2.5 mL pipet ve akışı aracılığıyla atın.
    Not: Mikrodalga iletişim kuralı 60 ° C'de durur; nano tanecikleri doğrudan jel filtrasyon sütun 60 ° C'de eklenebilir
11. Sütun 3 mL distile su ekleyin ve bir cam şişe içinde nano tanecikleri toplamak.
12. Bir NaI iyi tipi Dedektör kullanarak radiolabeling verimlilik hesaplamak. Bu parametre, genellikle aktivite ölçer ⁶⁸Ga tepki dahil. Sonra sentetik ve arıtma işlemleri, saflaştırılmış örnek aktivite ölçülür. ⁶⁸Ga kısa yarılanma nedeniyle, ilk etkinlik zaman (t) düzeltilmesi gerekiyor. Normalleştirme zamanla standart denklemi aşağıdaki gibidir:
    N_T = N₀ · e^-λt
    Burada,
    N_T: sayar zaman (t)
    N₀: sayar zaman (t) = 0
    Λ: çürümesine sabit
    t: geçen süre
    
    Not: verimlilik Radiolabeling % 90-%95 arasında olmalıdır.

4. analiz ⁶⁸Ga çekirdek katkılı demir oksit nano tanecikleri (⁶⁸Ga-C-IONP)

1. Dinamik ışık saçılma
   1. Dinamik ışık saçılma (DL) ⁶⁸Ga-C-IONP hidrodinamik boyutunu ölçmek için kullanın. 60 µL örnek bir küvet pipet ve örnek başına üç boyut ölçümleri gerçekleştirmek. Tekrarlanabilirlik emin olmak için bu birkaç nanopartikül toplu işleri yinelenmelidir.
2. Kolloidal kararlılık
   1. Kuluçka farklı arabelleklerindeki sonra örnek hidrodinamik boyutu ölçerek ⁶⁸Ga-C-IONP kolloidal kararlılık değerlendirmek (PBS, serum ve fare serum) farklı zamanlarda için örnek 37 her arabellekte 500 µL kuluçkaya 24 h için 0 ile arasında ° C. Seçili, kez, 60-µL aliquots al ve onları hidrodinamik büyüklükleri ölçmek için DLS cuvettes pipette.
3. Elektron mikroskobu
   1. ⁶⁸Ga-C-IONP çekirdek boyutunu analiz transmisyon elektron mikroskobu (TEM) ve anüler karanlık alan görüntüleme (kök-HAADF) kullanarak (ref TEM protokolü: NIST - NCL ortak tahlil protokolü, PCC-X, boyutu, nano tanecikleri kullanarak transmisyon elektron ölçme Mikroskobu).
4. Jel filtrasyon radyo-kromatografik
   1. 500 µL aliquots içine elüsyon jel-filtrasyon arıtma adım sırasında fractionate ve bir activimeter kullanarak her birinde mevcut radyoaktivite ölçmek; Böylece, bir jel-filtrasyon kromatografik oluşturma.
5. ⁶⁸Ga-C-IONP radiochemical istikrar
   1. ⁶⁸Ga-C-IONP 37 ° C'de 30 dk için fare serumda kuluçkaya (3 x tekrarlanan). Bu saatten sonra nano tanecikleri Ultrafiltrasyon tarafından arındırmak ve radyoaktivite nano tanecikleri ve filtrate mevcut ölçün. Hiç bir etkinlik içinde farklı filtrates tespit edilmelidir.
6. Relaxometry
   1. Boyuna (TRT₁) ve enine (T₂) gevşeme zamanlarda bir relaxometer 1,5 T ve 37 ° c ölçmek Dört farklı konsantrasyonlarda ⁶⁸Ga-C-IONP (2 mM, 1 mM, 0,5 mM ve 0,25 mM) ölçülmelidir. Gevşeme oranları Arsa (r₁1/T₁, r₂= 1/T₂=) demir konsantrasyonu karşı. Elde edilen eğrinin eğimini r₁ ve r₂ değerleri oluşturur.
7. MR ve PET hayalet görüntüleri
   1. Situ Bay elde (T₁-ağırlıklı sıra) ve PET hayalet görüntüleri bir dizi dilutions ⁶⁸Ga-C-IONP (0 mM, 1 mM, 6.5 mM ve 9.0 mM) evde beslenen hayvan aktivite ve MRG ile ilişki içinde artan sinyal gözlemlemek için.

Sonuçlar

⁶⁸ GA-C-IONP sentezlenmiş FeCl₃, ⁶⁸GaCl₃, sitrik asit, su, birleştirerek ve Hidrazin hidrat. Bu karışımı içine 10 dk 120 ° C ve kontrollü baskı altında 240 W Mikrodalga kullanılmaya başlandı. Örnek oda sıcaklığında soğuduktan sonra nano tanecikleri unreacted türler (FeCl₃, sitrat, hidrazin hidrat) ortadan kaldırmak ve ⁶⁸Ga (Şekil 1) ücretsiz jel filtrasyon tarafından sa...

Tartışmalar

Demir oksit nano tanecikleri olan köklü kontrast Ajan T₂-MRI ağırlıklı. Ancak, bazı patolojiler, T₁tanısında kontrast bu tür sakıncaları nedeniyle-ağırlıklı veya parlak kontrast birçok kez tercih edilir. Burada sunulan Nano tanecikleri sadece pozitif kontrast MRI sunarak bu sınırlamalarının üstesinden gelir ama ayrıca işlevsel bir görüntüleme tekniği, evde beslenen hayvan, yolu ile ⁶⁸onların çekirdek Ga birleşme gibi bir sinyal sunuyoruz. Mikrodalga...

Malzemeler

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