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. Preparazione dei reagenti <ol><li> Preparare 1 mM HEPES Buffer sciogliendo 23,8 mg di HEPES in 100 ml di acqua distillata. Regolare il pH a 7. </li><li> Preparare 10% NaHSO 3 sciogliendo 10 g di NaHSO 3 in 100 ml di acqua distillata. Mescolare la miscela per 15 min. </li><li> Preparare la soluzione NaOH sciogliendo 1 g di NaOH in 100 ml di acqua. Agitare per 10 min. </li><li> Preparare 10 mM tampone fosfato sciogliendo 600 mg di NaH 2 PO 4 in 1 L di acqua. Aggiungere atte...

<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>

Ferro nanoparticelle di ossido (IONP) sono uno dei nanomateriali più importanti ed è stato utilizzato per applicazioni diverse da molto tempo fa. L&#39;uso di questi materiali come agente di contrasto per risonanza magnetica (MRI) è un campo ben consolidata. Tuttavia, le vie di sintesi spesso prendono più volte e l&#39;ambiente è complicato. A causa di ridurre drasticamente i tempi di reazione e migliora la riproducibilità l&#39;uso di sintesi a microonde-driven sembra essere una valida alternativa per la produzio...

L&#39;aterosclerosi è una malattia infiammatoria cronica multifattoriale della parete arteriosa risultante da un metabolismo lipidico deregolamentato e una risposta infiammatoria difettoso. A causa della prevalenza e dei costi economici e sociali di questa e delle relative malattie cardiovascolari vi è un crescente interesse per affrontare la patologia con nuovi strumenti, di cui la nanotecnologia è uno dei più promettenti. 1-3 Tuttavia ci sono pochissimi esempi di veloce produzione e caratterizzazione di sonde che è essenziale per la traduzione alla clinica 4 in questo protocollo usiamo una sintesi a microonde di nanoparticelle di ossido di ferro per ulteriore funzionalizzazione con un bifosfonato e nel rilevamento vivo dell&#39;aterosclerosi in ApoE -. / -. topi in 1 ora 5 ferro nanoparticelle di ossido (IONP) sono un nanomateriale noto e il suo utilizzo come agente di contrasto per risonanza magnetica (MRI) è stato stabilito per il rilevamento di malattie differentis negli ultimi anni. 6-8 Forno a microonde di sintesi (MWS), permette di sintetizzare le nanoparticelle in tempi estremamente brevi, con alta riproducibilità e rese migliorate. 9,10 nel nostro protocollo otteniamo IONP con targa capacità di targeting in tre fasi. Quella finale è l&#39;attaccamento di un aminobifosfonato, neridronato, che è la chiave nella nostra strategia per le sue proprietà leganti il ​​calcio. Grazie alla loro pirofosfato analogo naturale (ppi), neridronato è stato utilizzato nel trattamento di osteogenesi imperfetta (OI) e malattia di Paget ossea (PPB) per la loro elevata affinità verso minerale ossea. 11-13 Le tre fasi del protocollo sono riassunti nello schema 1. passaggi uno e due vengono effettuate con tecnologia a microonde. Il primo passo prevede oleico nanoparticelle di ossido di ferro acido rivestite (OA-IONP) da una modifica di metodi pubblicati. 14 Il protocollo è un adattamento alla sintesi a microonde della traditional sintesi termica decomposizione. 15,16 Una miscela contenente Fe (acac) 3, acido oleico, oleilammina e 1,2-dodecandiolo viene sciolto in alcool benzilico e sottoposti a due processi di riscaldamento. La purificazione è effettuata lavando con EtOH e raccogliendo le particelle con un magnete Nd-Fe-B per eliminare l&#39;eccesso di tensioattivi nel surnatante. Poi, OA-IONP siano stabilizzati in CHCl 3. Come previsto, a causa del riscaldamento molto veloce, i risultati attesi hanno mostrato che le nanoparticelle sintetizzate da microonde sono inferiori in termini di nucleo (3,7 ± 0,8 nm) e la dimensione idrodinamica (7,5 nm) rispetto decomposizione termica tradizionale; tuttavia, le nanoparticelle presentano ancora un ottimo cristallinità. La seconda fase consiste in una modificazione chimica diretta del doppio legame, presente nel acido oleico, usando un forte ossidante come KMnO 4, la metodologia originale sviluppato nel nostro gruppo è stato modificato per condizioni MW.17 Una prima fase forma complessi tra MnO 4 - e il doppio legame. Poi, una seconda fase in condizioni acide, produce la scissione della molecola di acido oleico dando azelaico acido IONP. Dopo queste due fasi di 9 min ciascuno, il campione viene purificata, primo lavaggio con NaHSO 3 1% per ridurre l&#39;eccesso di MnO 4 - di MnO 2 e poi con NaOH 1% per neutralizzare l&#39;acido. Dopo la fase di purificazione, azelaico-IONP siano stabilizzati in 10 mM tampone fosfato pH = 7.2. Questo buffer è l&#39;ambiente migliore per la stabilità colloidale di particelle analogamente a quanto avvenuto nella reazione originale, termica. 18 L&#39;uso della microonda per l&#39;ossidazione diretta del doppio legame contenuta in OA-IONP è un buon esempio dei vantaggi di utilizzare questa tecnologia nella sintesi di nanoparticelle. Con il metodo classico della reazione avviene 24 ore, l&#39;utilizzazione di microonde diminuire il riattiin tempo per 18 min. Inoltre, il protocollo microonde-driven mostra un&#39;ottima riproducibilità dando nanoparticelle con 30 ± 5 nm di dimensione idrodinamica dopo 4 ripetizioni. A parte della variazione della dimensione idrodinamica, il potenziale zeta è un buon parametro per verificare velocemente il successo della reazione. A causa della presenza dei nuovi gruppi carbossilici in azelaico-IONP, il valore del potenziale zeta è di circa -44 mV, molto simile al valore ottenuto con il metodo termico. Per il fissaggio di neridronato per azelaico-IONP, tradizionale coniugazione EDC / sulfo-NHS viene utilizzato. 19 Questo approccio sintetico è ben stabilito dal impiegando un carbossilato attivabile con il sulfo-NHS assicura stabilità colloidale durante la reazione. Dopo l&#39;eliminazione del tampone fosfato reazione con neridronato viene condotta in 1 tampone mM HEPES (pH ~ 7). La reazione rende neridronato-IONP con una dimensione idrodinamica di 40 ± 4 nm in una dimensione ristretta distribution e -24,1 mV di zeta-potenziale. La procedura è descritta per una rapida sintesi di IONP per la visualizzazione in vivo della placca aterosclerotica, sebbene la fattibilità del metodo consente il fissaggio di qualsiasi peptide / anticorpo con ammine libere, utilizzando le stesse condizioni, per scopi diversi all&#39;interno T 2 pesate agente di contrasto MRI campo.

<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 protocollo veloce e riproducibile microonde-driven è stato sviluppato per la sintesi di nanoparticelle neridronato-funzionalizzato. Partendo dalla sintesi di nanoparticelle idrofobiche, il nostro metodo si basa su un adattamento dal metodo di decomposizione termica a microonde guidato sintesi. La nuova metodologia produce una diminuzione dei tempi di reazione in confronto con i procedimenti tradizionali. Inoltre, l&#39;utilizzo della tecnologia a microonde aumenta la riproducibilità delle reazioni, cosa importante dal punto di vista delle applicazioni cliniche. La novità di questo nanoparticelle di ossido di ferro è l&#39;attaccamento di neridronato. L&#39;uso di questa molecola conduce una porzione bisfosfonato verso l&#39;esterno della nanoparticella che fornisce Ca 2+ immobili in vitro e l&#39;accumulo selettiva vincolante in vivo nella placca ateroma. Il protocollo consente la sintesi e la rilevazione della placca in circa 3 ore da quando la sintesi iniziale da organic precursori. Il loro accumulo nella zona aterosclerotica in meno di 1 ora fornisce un mezzo di contrasto particolarmente adatto per applicazioni cliniche.

In questo protocollo, la sintesi di tre diversi IONP è descritto. Partendo da idrofobica OA-IONP, nanoparticelle stabili acquose sono ottenuti con l&#39;aiuto di sintesi a microonde-driven. Tutte le nanoparticelle presentato ultra-piccola dimensione idrodinamica (Dh &lt;50 nm) in una distribuzione di dimensione molto stretta (Figura 1c). L&#39;utilizzo della tecnologia a microonde rende ultra-piccole nanoparticelle in termini di dimensioni di base. Poiché microonde pro...

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

Forno a microonde-driven sintesi di ossido di ferro Nanoparticelle per il rilevamento rapido di aterosclerosi

La tecnologia a microonde permette di sintesi estremamente veloce di nanoparticelle di ossido di ferro per la caratterizzazione di placca di aterosclerosi. L&#39;uso di un aminobifosfonato nel lato esterno della nanoparticella fornisce una rapida accumulazione nell&#39;area aterosclerotica.

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

High-throughput Synthesis of Carbohydrates and Functionalization of Polyanhydride Nanoparticles

High-throughput sintesi dei carboidrati e funzionalizzazione di nanoparticelle polianidride

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

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Harmonic Nanoparticelle for Regenerative ricerca

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Produzione di nanoparticelle metalliche mediante ablazione laser pulsata nei liquidi: uno strumento per studiare le proprietà antibatteriche delle nanoparticelle

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