Name: microwave-driven synthesis of iron oxide nanoparticles for fast detection of atherosclerosis
Uploaded: 2016-03-22T14:00:00
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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. Préparation des réactifs <ol><li> Préparer 1 mM de tampon HEPES dissolvant 23,8 mg d&#39;HEPES dans 100 ml d&#39;eau distillée. Ajuster le pH à 7. </li><li> Préparez 10% de NaHSO 3 dissolvant 10 g de NaHSO 3 dans 100 ml d&#39;eau distillée. On agite le mélange pendant 15 min. </li><li> Préparer une solution de NaOH à dissoudre 1 g de NaOH dans 100 ml d&#39;eau. Agiter pendant 10 min. </li><li> Préparer tampon phosphate 10 mM dissolvant 600 mg de NaH 2 PO 4 dans...

<ol>
	<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. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multifunctional+nanoparticles+for+multimodal+imaging+and+theragnosis.">Multifunctional nanoparticles for multimodal imaging and theragnosis.</a> Chem. Soc. Rev. 41, 2656 (2012).</li><li>Osborne, E. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+microwave-assisted+synthesis+of+dextran-coated+iron+oxide+nanoparticles+for+magnetic+resonance+imaging.">Rapid microwave-assisted synthesis of dextran-coated iron oxide nanoparticles for magnetic resonance imaging.</a> Nanotechnology. 23, (2012).</li><li>Pellico, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microwave-driven+synthesis+of+bisphosphonate+nanoparticles+allows+in+vivo+visualisation+of+atherosclerotic+plaque.">Microwave-driven synthesis of bisphosphonate nanoparticles allows in vivo visualisation of atherosclerotic plaque.</a> RSC Adv. 5, 1661-1665 (2015).</li><li>Lin, M. M., Kim, D. K., El Haj, A. J., Dobson, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+superparamagnetic+iron+oxide+nanoparticles+(SPIONS)+for+translation+to+clinical+applications.">Development of superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONS) for translation to clinical applications.</a> IEEE Trans. Nanobioscience. 7, 298-305 (2008).</li><li>Gupta, A. K., Gupta, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+and+surface+engineering+of+iron+oxide+nanoparticles+for+biomedical+applications.">Synthesis and surface engineering of iron oxide nanoparticles for biomedical applications.</a> Biomaterials. 26, 3995-4021 (2005).</li><li>Liu, F., Laurent, S., Fattahi, H., Vander Elst, L., Muller, R. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Superparamagnetic+nanosystems+based+on+iron+oxide+nanoparticles+for+biomedical+imaging.">Superparamagnetic nanosystems based on iron oxide nanoparticles for biomedical imaging.</a> Nanomed. 6, 519-528 (2011).</li><li>Carenza, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+synthesis+of+water-dispersible+superparamagnetic+iron+oxide+nanoparticles+by+a+microwave-assisted+route+for+safe+labeling+of+endothelial+progenitor+cells.">Rapid synthesis of water-dispersible superparamagnetic iron oxide nanoparticles by a microwave-assisted route for safe labeling of endothelial progenitor cells.</a> Acta Biomater. 10, 3775-3785 (2014).</li><li>Osborne, E. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+microwave-assisted+synthesis+of+dextran-coated+iron+oxide+nanoparticles+for+magnetic+resonance+imaging.">Rapid microwave-assisted synthesis of dextran-coated iron oxide nanoparticles for magnetic resonance imaging.</a> Nanotechnology. 23, 215602 (2012).</li><li>Gatti, D., Rossini, M., Viapiana, O., Idolazzi, L., Adami, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Clinical+development+of+neridronate:+potential+for+new+applications.">Clinical development of neridronate: potential for new applications.</a> Ther. Clin. Risk Manag. 9, 139-147 (2013).</li><li>Drake, M. T., Clarke, B. 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. Rheumatol. 12, 331-335 (2000).</li><li>Pascu, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+Reactivity+of+Iron+Oxide+Nanoparticles+by+Microwave-Assisted+Synthesis;+Comparison+with+the+Thermal+Decomposition+Route.">Surface Reactivity of Iron Oxide Nanoparticles by Microwave-Assisted Synthesis; Comparison with the Thermal Decomposition Route.</a> J. Phys. Chem. C. 116, 15108-15116 (2012).</li><li>Sun, S., Zeng, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Size-Controlled+Synthesis+of+Magnetite+Nanoparticles.">Size-Controlled Synthesis of Magnetite Nanoparticles.</a> J. Am. Chem. Soc. 124, 8204-8205 (2002).</li><li>Hyeon, T., Lee, S. S., Park, J., Chung, Y., Na, H. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+of+highly+crystalline+and+monodisperse+maghemite+nanocrystallites+without+a+size-selection+process.">Synthesis of highly crystalline and monodisperse maghemite nanocrystallites without a size-selection process.</a> J. Am. Chem. Soc. 123, 12798-12801 (2001).</li><li>Herranz, F., Morales, M. P., Roca, A. G., Vilar, R., Ruiz-Cabello, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+method+for+the+aqueous+functionalization+of+superparamagnetic+Fe+2+O+3+nanoparticles.">A new method for the aqueous functionalization of superparamagnetic Fe 2 O 3 nanoparticles.</a> Contrast Media Mol. Imaging. 3, 215-222 (2008).</li><li>Herranz, F., Morales, M. P., Roca, A. G., Desco, M., Ruiz-Cabello, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+method+for+the+rapid+synthesis+of+water+stable+superparamagnetic+nanoparticles.">A new method for the rapid synthesis of water stable superparamagnetic nanoparticles.</a> Chem. Weinh. Bergstr. Ger. 14, 9126-9130 (2008).</li><li>Herranz, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Superparamagnetic+iron+oxide+nanoparticles+conjugated+to+a+grass+pollen+allergen+and+an+optical+probe.">Superparamagnetic iron oxide nanoparticles conjugated to a grass pollen allergen and an optical probe.</a> Contrast Media Mol. Imaging. 7, 435-439 (2012).</li></ol>

nanoparticules d&#39;oxyde de fer (IONP) sont l&#39;un des nanomatériaux les plus importants et il a été utilisé pour des applications différentes d&#39;il y a longtemps. L&#39;utilisation de ces matériaux comme agent de contraste pour l&#39;imagerie par résonance magnétique (IRM) est un domaine bien établi. Cependant, les voies de synthèse prennent souvent plusieurs fois et le cadre est compliqué. En raison de réduire considérablement les temps de réaction et améliore la reproductibilité de l&#39;utilis...

L&#39;athérosclérose est une maladie inflammatoire chronique multifactorielle de la paroi artérielle résultant d&#39;un métabolisme lipidique dérégulée et une réponse inflammatoire défectueuse. En raison de la prévalence et les coûts économiques et sociaux de ce problème et des maladies cardio - vasculaires , il y a un intérêt croissant dans la lutte contre la pathologie avec de nouveaux outils, dont la nanotechnologie est l&#39; un des plus prometteurs. 1-3 Cependant il y a très peu d&#39; exemples de jeûne la production et la caractérisation des sondes qui est la base pour la traduction à la clinique 4 dans ce protocole , on utilise une synthèse par micro - ondes d&#39;oxyde de fer nanoparticulaire pour une fonctionnalisation ultérieure avec un biphosphonate et dans la détection in vivo de l&#39; athérosclérose chez ApoE - /.. - les souris 1 heure 5 des nanoparticules d&#39;oxyde de fer (IONP) sont un nanomatériau bien connu et son utilisation comme agent de contraste pour imagerie par résonance magnétique (IRM) a été établie pour la détection de différentes maladiess dans les dernières années. 6-8 Synthèse micro - ondes (MWS), permet la synthèse de nanoparticules dans des temps extrêmement courts avec une reproductibilité élevée et des rendements améliorés. 9,10 Dans notre protocole , nous obtenons IONP avec plaque capacités de ciblage en trois étapes. La finale est une pièce jointe d&#39;un aminobisphosphonate, néridronate, qui est la clé de notre stratégie en raison de ses propriétés de fixation du calcium. En raison de leur nature Pyrophosphate analogique (ppi), néridronate a été utilisé dans le traitement de l&#39; ostéogenèse imparfaite (OI) et la maladie osseuse de Paget (APB) pour leur affinité élevée envers minérale osseuse. 13/11 Les trois étapes du protocole sont résumées dans le schéma 1. Les étapes un et deux sont réalisées en utilisant la technologie des micro-ondes. La première étape de fournir des nanoparticules d&#39; oxyde de fer enrobées d&#39;acide oléique (OA-IONP) par une modification des méthodes publiées. 14 Le protocole est une adaptation à la synthèse par micro - ondes TRADITSynthèse ional de décomposition thermique. Un mélange contenant 15,16 Fe (acac) 3, l&#39; acide oléique, l&#39; oléylamine et le dodécanediol-1,2 est dissous dans l&#39; alcool benzylique et soumis à deux procédés de chauffage. La purification est réalisée lavage avec EtOH et collecter les particules avec un aimant Nd-Fe-B pour éliminer l&#39;excès d&#39;agents tensio-actifs dans le surnageant. Ensuite, OA-IONP sont stabilisés dans CHCl 3. Comme on s&#39;y attendait, en raison de l&#39;échauffement très rapide, les résultats attendus ont montré que les nanoparticules synthétisées par des micro-ondes sont plus petits en termes de noyau (3,7 ± 0,8 nm) et la taille hydrodynamique (7,5 nm) par rapport à la décomposition thermique classique; Cependant, les nanoparticules présentent toujours une excellente cristallinité. La deuxième étape consiste en une modification chimique directe de la double liaison, présente dans l&#39;acide oléique, en utilisant un oxydant puissant comme KMnO 4, la méthodologie originale développée dans notre groupe a été modifié pour des conditions MW.17 Une première étape forme les complexes entre MnO 4 - et la double liaison. Ensuite, une seconde étape dans des conditions acides, le produit de clivage de la molécule d&#39;acide oléique, l&#39;acide azélaïque donnant-IONP. Après ces deux étapes de 9 minutes à chaque fois , l&#39;échantillon est purifié, d&#39; abord un lavage avec NaHSO 3 1% pour réduire l&#39;excès de MnO 4 - de MnO 2 et ensuite avec du NaOH à 1% pour neutraliser l&#39;acide. Après l&#39;étape de purification, azélaïque-IONP sont stabilisés dans 10 mM de tampon phosphate pH = 7,2. Ce tampon est le meilleur environnement pour la stabilité colloïdale des particules de manière similaire à ce qui est arrivé dans la réaction thermique d&#39; origine. 18 L&#39;utilisation de micro - ondes pour l&#39;oxydation directe de la double liaison contenue dans OA-IONP est un très bon exemple des avantages l&#39;utilisation de cette technologie pour la synthèse de nanoparticules. Avec le procédé classique, la réaction est de 24 heures, l&#39;utilisation de micro-ondes diminue la Reactile temps de 18 min. En outre, le protocole conduit micro-ondes présente une excellente reproductibilité donnant des nanoparticules avec 30 ± 5 nm de taille hydrodynamique après 4 répétitions. En dehors de la variation de la taille hydrodynamique, le potentiel zêta est un bon paramètre pour vérifier rapidement la réussite de la réaction. En raison de la présence des nouveaux groupes carboxyliques dans azélaïque-IONP, la valeur du potentiel zêta est d&#39;environ -44 mV, très semblable à la valeur obtenue par l&#39;approche thermique. Pour la fixation de néridronate à Azelaic-IONP, la conjugaison traditionnelle ECD / sulfo-NHS est utilisé. 19 Cette approche synthétique est bien établie depuis l&#39; emploi d&#39; un carboxylate activé avec le sulfo-NHS assure la stabilité colloïdale lors de la réaction. Après l&#39;élimination du tampon phosphate de la réaction avec néridronate est réalisée dans le tampon 1 mM de HEPES (pH ~ 7). La réaction rend néridronate-IONP avec une taille hydrodynamique de 40 ± 4 nm dans une taille distr étroiteibution et -24,1 mV du potentiel zêta. La procédure est décrite pour la synthèse rapide de IONP pour la visualisation in vivo de la plaque athéroscléreuse , bien que la faisabilité de la méthode permet la fixation d&#39;un peptide / anticorps avec des amines libres, en utilisant les mêmes conditions, à des fins différentes au sein T 2 Agent weighted de contraste pour IRM champ.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1107">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:395px;">Microwave Explorer/Discover Hybrid-12</td>
			<td style="width:176px;">CEM Corporation, USA</td>
			<td style="width:225px;"></td>
			<td style="width:311px;">Any microwave for chemical synthesis can be used</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Disposable PD-10 desalting columns&#160;</td>
			<td>GE Healthcare life sciences</td>
			<td>17-0851-01</td>
			<td>Any size exclusion column will work</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Amicon&#174;Ultra-0.5 ml&#160;</td>
			<td>Merck Millipore Ltd</td>
			<td style="width:225px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Calibrated pH meter&#160;</td>
			<td>SI analytics</td>
			<td>285105127</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Neodymium magnet&#160;</td>
			<td>Aiman Gz</td>
			<td>ND010B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Vortex Genius 3&#160;</td>
			<td>IKA</td>
			<td>3340000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">ZetaSizer Nano ZS&#160;</td>
			<td>Malvern Instruments</td>
			<td style="width:225px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Standard (macro) cell Optical glass&#160;</td>
			<td>Labbox</td>
			<td>11718</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Zetasizer nanoseries disponsable folded capillary cells DTS1070</td>
			<td>Malvern</td>
			<td style="width:225px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:395px;">Bruker Minispec mq60</td>
			<td style="width:176px;">Bruker</td>
			<td style="width:225px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

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

Un protocole entraîné par micro-ondes rapide et reproductible a été mis au point pour la synthèse de nanoparticules fonctionnalisées néridronate. A partir de la synthèse de nanoparticules hydrophobes, notre méthode est basée sur une adaptation de la méthode de décomposition thermique pour la synthèse par micro-ondes entraîné. La nouvelle méthode produit une diminution du temps de réaction par rapport aux méthodes traditionnelles. En outre, l&#39;utilisation de la technologie des micro-ondes augmente la reproductibilité des réactions, quelque chose importante du point de vue des applications cliniques. La nouveauté de cette nanoparticule d&#39;oxyde de fer est la fixation de néridronate. L&#39;utilisation de cette molécule un fragment conduit bisphosphonate vers l&#39;extérieur de la nanoparticule qui fournit Ca2 + propriétés in vitro et de l&#39; accumulation sélective de liaison in vivo dans la plaque d&#39;athérome. Le protocole permet la synthèse et la détection de la plaque dans environ 3 heures depuis la première synthèse de organic précurseurs. Leur accumulation dans la zone d&#39;athérome en moins de 1 heure fournit un agent de contraste particulièrement approprié pour des applications cliniques.

Dans ce protocole, la synthèse de trois IONP différente est décrite. A partir de OA-hydrophobe IONP, des nanoparticules aqueuses stables sont obtenues à l&#39;aide de la synthèse entraînée par micro-ondes. Toutes les nanoparticules présenté ultra-petite taille hydrodynamique (Dh &lt;50 nm) dans une distribution de taille très étroite (figure 1c). L&#39;utilisation de la technologie des micro-ondes rend ultra-petites nanoparticules en termes de tailles de base....

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

Synthèse entraînée par micro-ondes de l&#39;oxyde de fer Nanoparticules pour la détection rapide de l&#39;athérosclérose

La technologie des micro-ondes permet la synthèse extrêmement rapide de nanoparticules d&#39;oxyde de fer pour la plaque d&#39;athérosclérose caractérisation. L&#39;utilisation d&#39;un aminobisphosphonate sur le côté extérieur de la nanoparticule présente une accumulation rapide dans la zone d&#39;athérome.

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

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Transdisciplinary approaches involving areas such as material design, nanotechnology, chemistry, and immunology have to be utilized to rationally design ...

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