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. Preparação dos Reagentes <ol><li> Preparar um tampão de HEPES mM dissolvendo 23,8 mg de HEPES em 100 ml de água destilada. Ajustar o pH a 7. </li><li> Prepare NaHSO3 a 10% dissolvendo 10 g de NaHSO3 em 100 ml de água destilada. Agita-se a mistura durante 15 min. </li><li> Preparar solução de NaOH a dissolução de 1 g de NaOH em 100 ml de água. Agita-se durante 10 min. </li><li> Preparar tampão fosfato 10 mM dissolvendo 600 mg de NaH 2 PO 4 em 1 L de água. Adici...

<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>

nanopartículas de óxido de ferro (IONP) são um dos mais importantes nanomateriais e tem sido utilizado para diferentes aplicações de há muito tempo. O uso destes materiais como agentes de contraste para imagiologia por ressonância magnética (IRM) é um campo bem estabelecida. No entanto, as rotas de síntese de muitas vezes tomam várias tempo e o ambiente é complicado. Devido a reduzir drasticamente os tempos de reacção e melhora a reprodutibilidade da utilização de síntese dirigida por microondas, parece...

A aterosclerose é uma doença inflamatória crónica multifactorial da parede arterial que resulta de uma desregulado o metabolismo dos lípidos e uma resposta inflamatória com defeito. Devido à prevalência e os custos econômicos e sociais deste e afins doenças cardiovasculares há um interesse crescente no tratamento da patologia com novas ferramentas, das quais a nanotecnologia é um dos mais promissores. 1-3 No entanto, existem muito poucos exemplos de rápido produção e caracterização de sondas que é básico para a tradução à clínica 4 neste protocolo, usar uma síntese de microondas de nanopartículas de óxido de ferro para posterior funcionalização com um bisfosfonato e na detecção in vivo de aterosclerose em ApoE -. / -. ratinhos em 1 h 5 nanopartículas de óxido de ferro (IONP) são um nanomaterial bem conhecida e a sua utilização como um agente de contraste para imagem por ressonância magnética (MRI) foi estabelecido para a detecção de doença diferentes nos últimos anos. 6-8 Síntese de microondas (MWS), permite a síntese de nanopartículas em tempos extremamente curtos com alta reprodutibilidade e aprimorados rendimentos. 9,10 Em nosso protocolo obtemos IONP com placa de recursos de segmentação em três etapas. O final é a ligação de um aminobifosfonado, neridronato, que é fundamental na nossa estratégia devido às suas propriedades de ligação de cálcio. Devido ao seu análogo de pirofosfato naturais (PPI), neridronato foi usado no tratamento de Osteogenesis Imperfecta (OI) e doença de Paget do osso (AO) para a sua elevada afinidade para mineral óssea 11-13. As três etapas do protocolo estão resumidos no esquema 1. etapas um e dois são realizadas utilizando tecnologia de microondas. O primeiro passo proporcionar nanopartículas de óxido de ferro revestidas por ácido oleico (OA-IONP) através de uma modificação dos métodos publicados. 14 O protocolo é uma adaptação à síntese de microondas a traditional síntese de decomposição térmica. Uma mistura contendo 15,16 de Fe (acac) 3, ácido oleico, oleilamina e 1,2-dodecanodiol é dissolvido em álcool benzílico e submetido a dois processos de aquecimento. A purificação é realizada a lavagem com EtOH e recolhendo as partículas com um íman de Nd-Fe-B para eliminar o excesso de tensioactivos no sobrenadante. Em seguida, a OA-IONP são estabilizadas em CHCl 3. Como era esperado, devido ao aquecimento muito rápido, os resultados previstos mostraram que as nanopartículas sintetizados por micro-ondas são menores em termos de núcleo (3,7 ± 0,8 nM) e o tamanho hidrodinâmico (7,5 nM) em comparação com a decomposição térmica tradicional; No entanto, as nanopartículas apresentam ainda uma excelente cristalinidade. O segundo passo consiste em uma modificação química directa da dupla ligação, presente no ácido oleico, utilizando um oxidante forte como KMnO4, a metodologia original desenvolvido no nosso grupo foi modificado para condições MW.17 Uma primeira fase forma os complexos entre MnO 4 - e a ligação dupla. Em seguida, numa segunda fase, em condições ácidas, produzir a clivagem da molécula de ácido oleico ácido azelaico dando-IONP. Após estas duas etapas de 9 min cada, a amostra é purificada, primeira lavagem com NaHSO3 a 1% para reduzir o excesso de MnO 4 - de MnO2 e depois com NaOH a 1% para neutralizar o ácido. Depois do passo de purificação, azelaico-IONP são estabilizadas em 10 mM de tampão fosfato de pH = 7,2. Este tampão é o melhor ambiente para a estabilidade coloidal das partículas à semelhança do que aconteceu na reação original, térmica. 18 O uso de microondas para a oxidação direta da ligação dupla contida na OA-IONP é um bom exemplo das vantagens da utilização desta tecnologia para a síntese de nanopartículas. Com o método clássico da reacção leva 24 horas, a utilização de microondas diminuir a Reactia tempo de 18 min. Além disso, o protocolo conduzido por micro-ondas apresenta uma excelente reprodutibilidade dando nanopartículas com 30 ± 5 nm de tamanho hidrodinâmico ao fim de 4 repetições. Para além da mudança no tamanho hidrodinâmico, o potencial zeta é um bom parâmetro para verificar rapidamente o sucesso da reacção. Devido à presença dos novos grupos carboxílicos em azelaico-IONP, o valor do potencial zeta é de cerca de -44 mV, muito semelhante ao do valor obtido pela abordagem térmica. Para a fixação de neridronato para azelaico-IONP, tradicional conjugação EDC / sulfo-NHS é utilizado. 19 Esta abordagem sintética está bem estabelecida desde empregando um carboxilato activado com a sulfo-NHS assegura a estabilidade coloidal durante a reacção. Após a eliminação do tampão de fosfato a reacção com neridronato é levada a cabo em tampão HEPES 1 mM (pH ~ 7). A reacção processa-neridronato IONP com um tamanho hidrodinâmico de 40 ± 4 nm, em um distr tamanho estreitaibution e -24,1 mV de potencial zeta. O procedimento é descrito para a síntese rápida de IONP para visualização in vivo de placa aterosclerótica, embora a viabilidade do método permite a ligação de qualquer péptido / anticorpo com as aminas livres, utilizando as mesmas condições, para fins diferentes dentro de T2 agente de contraste para IRM ponderadas 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

Um protocolo rápido e reprodutível impulsionado por microondas tem sido desenvolvido para a síntese de nanoparticulas funcionalizadas-neridronato. A partir da síntese de nanopartículas hidrofóbicas, o nosso método baseia-se uma adaptação do método de decomposição térmica a síntese dirigida de microondas. A nova metodologia produz uma diminuição dos tempos de reacção em comparação com os processos tradicionais. Além disso, o uso da tecnologia de micro-ondas aumenta a reprodutibilidade das reacções, algo importante do ponto de vista de aplicação clínica. A novidade desta nanopartículas de óxido de ferro é o acessório do neridronato. O uso desta molécula conduz uma porção bisfosfonato para o exterior da nanopartícula que fornece Ca 2+ propriedades in vitro e acumulação selectiva de ligação in vivo na placa de ateroma. O protocolo permite que a síntese e a detecção de placa, em cerca de 3 horas desde a síntese inicial de organic precursores. A sua acumulação na área aterosclerótica em menos de 1 hora fornece um agente de contraste particularmente adequados para aplicações clínicas.

Neste protocolo, é descrita a síntese de três IONP diferente. A partir hidrofóbico OA-IONP, nanopartículas aquosas estáveis ​​são obtidas com a ajuda da síntese dirigida por microondas. Todas as nanopartículas apresentada ultra-pequeno tamanho hidrodinâmico (Dh &lt;50 nm) de uma distribuição de tamanhos muito estreita (Figura 1C). O uso da tecnologia de micro-ondas ultra-pequenas torna nanopartículas em termos de tamanhos de núcleo. Desde microondas pro...

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

Síntese orientada por microondas de óxido de ferro nanopartículas para detecção rápida de Aterosclerose

tecnologia de microondas permite a síntese extremamente rápida de nanopartículas de óxido de ferro para a caracterização placa de aterosclerose. O uso de um aminobifosfonado no lado externo da nanopartícula fornece uma acumulação rápida na área aterosclerótica.

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

Alta capacidade de síntese de hidratos de carbono e funcionalização de nanopartículas polianidrido

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

Bioengenharia

Harmonic Nanoparticles for Regenerative Research

Harmonic Nanopartículas Regenerativa Research

In this visualized experiment, protocol details are provided for in vitro labeling of human embryonic stem cells (hESC) with second harmonic generation ...

Fabrication of a Functionalized Magnetic Bacterial Nanocellulose with Iron Oxide Nanoparticles

Fabricação de uma funcionalizados Magnetic bacteriana Nanocellulose com óxido de ferro nanopartículas

In this study, bacterial nanocellulose (BNC) produced by the bacteria Gluconacetobacter xylinus is synthesized and impregnated in situ with iron oxide ...

Cell Labeling and Targeting with Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles

Rotulagem celular e Segmentação com nanopartículas de óxido de ferro superparamagnéticas

Targeted delivery of cells and therapeutic agents would benefit a wide range of biomedical applications by concentrating the therapeutic effect at the ...

Identification of Metal Oxide Nanoparticles in Histological Samples by Enhanced Darkfield Microscopy and Hyperspectral Mapping

Identificação dos Nanopartículas de óxido metálico em amostras histológicas por Aprimorado Mapeamento Darkfield Microscopy e Hyperspectral

Nanomaterials are increasingly prevalent throughout industry, manufacturing, and biomedical research. The need for tools and techniques that aid in the ...

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Síntese de nanofibras baseado em queratina de Engenharia Biomédica

Electrospinning, due to its versatility and potential for applications in various fields, is being frequently used to fabricate nanofibers. Production of ...

Fast Enzymatic Processing of Proteins for MS Detection with a Flow-through Microreactor

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The vast majority of mass spectrometry (MS)-based protein analysis methods involve an enzymatic digestion step prior to detection, typically with trypsin. ...

Synthesis of Cationized Magnetoferritin for Ultra-fast Magnetization of Cells

Síntese de cationizada Magnetoferritin para a magnetização ultra-rápida de Células

Many important biomedical applications, such as cell imaging and remote manipulation, can be achieved by labeling cells with superparamagnetic iron oxide ...

Production of Metal Nanoparticles by Pulsed Laser-ablation in Liquids: A Tool for Studying the Antibacterial Properties of Nanoparticles

Produção de nanopartículas metálicas por ablação a laser pulsada em líquidos: uma ferramenta para estudar as propriedades antibacterianas das nanopartículas

The emergence of multidrug-resistant bacteria is a global clinical concern leading some to speculate about our return to a "pre-antibiotics" era of ...