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. Preparación de los reactivos <ol><li> Prepare 1 mM HEPES Buffer disolviendo 23,8 mg de HEPES en 100 ml de agua destilada. Se ajusta el pH a 7. </li><li> Prepare 10% NaHSO 3 disolviendo 10 g de NaHSO 3 en 100 ml de agua destilada. Se agita la mezcla durante 15 min. </li><li> Preparar la solución de NaOH disolución de 1 g de NaOH en 100 ml de agua. Se agita durante 10 min. </li><li> Preparar tampón fosfato 10 mM disolviendo 600 mg de NaH 2 PO 4 en 1 L de agua. Añadir c...

<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>

Las nanopartículas de óxido de hierro (IONP) son uno de los nanomateriales más importantes y se ha utilizado para diferentes aplicaciones, desde hace mucho tiempo. El uso de estos materiales como agente de contraste para resonancia magnética nuclear (RMN) es un campo bien establecido. Sin embargo, las rutas de síntesis a menudo toman varias veces y el entorno es complicado. Debido a reducir drásticamente los tiempos de reacción y mejora la reproducibilidad el uso de la síntesis impulsada por microondas parece se...

La aterosclerosis es una enfermedad inflamatoria crónica multifactorial de la pared arterial que resulta de un metabolismo de lípidos desregulados y una respuesta inflamatoria defectuoso. Debido a la prevalencia y los costes económicos y sociales de éste y otros enfermedades cardiovasculares existe un interés cada vez mayor en el tratamiento de la patología con nuevas herramientas, de las que la nanotecnología es uno de los más prometedores. 1-3 Sin embargo, hay muy pocos ejemplos de rápida producción y caracterización de sondas que es básico para la traducción a la clínica 4 en este protocolo se utiliza una síntesis de microondas de nanopartículas de óxido de hierro para funcionalización adicional con un bisfosfonato y la detección in vivo de la aterosclerosis en ApoE en -. / -. ratones en 1 hr 5 nanopartículas de óxido de hierro (IONP) son un nanomaterial muy conocido y su uso como agente de contraste para imagen de resonancia magnética (MRI) se ha establecido para la detección de enfermedad diferentes en los últimos años. 6-8 La síntesis de microondas (MWS), permite la síntesis de nanopartículas en tiempos extremadamente cortos con alta reproducibilidad y rendimientos mejorados. 9,10 En el protocolo, se obtiene con la placa IONP capacidades de orientación en tres pasos. El único final es la unión de un aminobifosfonato, neridronato, que es clave en nuestra estrategia debido a sus propiedades de unión al calcio. Debido a su pirofosfato análogo natural (PPi), neridronato se ha utilizado en el tratamiento de la osteogénesis imperfecta (OI) y la enfermedad de Paget de los huesos (PDB) por su alta afinidad hacia mineral ósea. 11-13 Las tres etapas del protocolo se resumen en el esquema 1. Los pasos uno y dos se llevaron a cabo utilizando la tecnología de microondas. El primer paso proporcionar nanopartículas de óxido de hierro recubiertos con ácido oleico (OA-IONP) por una modificación de los métodos publicados. 14 El protocolo es una adaptación a la síntesis de microondas de la traditsíntesis ional térmica descomposición. 15,16 Una mezcla que contiene Fe (acac) 3, ácido oleico, oleilamina y 1,2-dodecanodiol se disuelve en alcohol bencílico y se sometieron a dos procesos de calentamiento. La purificación se lleva a cabo el lavado con EtOH y la recolección de las partículas con un imán Nd-Fe-B para eliminar el exceso de los tensioactivos en el sobrenadante. Entonces, OA-IONP se estabilizan en CHCl 3. Como era de esperar, debido al calentamiento muy rápido, los resultados previstos mostraron que las nanopartículas sintetizadas por microondas son más pequeñas en términos de núcleo (3,7 ± 0,8 nm) y el tamaño hidrodinámico (7,5 nm) en comparación con la descomposición térmica tradicional; Sin embargo, las nanopartículas aún presentan una excelente cristalinidad. La segunda etapa consiste en una modificación química directa del doble enlace, presente en el ácido oleico, el uso de un oxidante fuerte como KMnO 4, la metodología original desarrollado en nuestro grupo se modificó para condiciones MW.17 Una primera etapa forma los complejos entre MnO 4 - y el doble enlace. Entonces, una segunda etapa en condiciones ácidas, producen la escisión de la molécula de ácido oleico dando azelaico ácido-IONP. Después de estas dos etapas de 9 min cada uno, la muestra se purifica, primero lavado con NaHSO 3 1% para reducir el exceso de MnO 4 - a MnO 2 y luego con NaOH 1% para neutralizar el ácido. Después de la etapa de purificación, azelaico-IONP se estabilizan en 10 mM de tampón de fosfato de pH = 7,2. Este tampón es el mejor ambiente para la estabilidad coloidal de las partículas de manera similar a lo que ocurrió en la reacción original, térmica. 18 El uso de microondas para la oxidación directa del doble enlace que figura en la OA-IONP es un muy buen ejemplo de las ventajas de la utilización de esta tecnología en la síntesis de nanopartículas. Con el método clásico de la reacción tiene 24 hr, la utilización de microondas disminuir el Reactia tiempo a 18 min. Por otra parte, el protocolo impulsado microondas-muestra una excelente reproducibilidad dando nanopartículas con 30 ± 5 nm de tamaño hidrodinámico después de 4 repeticiones. Aparte del cambio en el tamaño hidrodinámico, el potencial zeta es un buen parámetro para comprobar rápidamente el éxito de la reacción. Debido a la presencia de los nuevos grupos carboxílicos en azelaico-IONP, el valor para el potencial zeta es de alrededor de -44 mV, muy similar al valor obtenido por el método térmico. Para la fijación de neridronato a azelaico-IONP, se utiliza tradicional conjugación EDC / sulfo-NHS. 19 está bien establecido Este enfoque sintético ya que el empleo de un carboxilato activado con el sulfo-NHS asegura la estabilidad coloidal durante la reacción. Después de la eliminación de tampón de fosfato de la reacción con neridronato se lleva a cabo en tampón de HEPES 1 mM (pH ~ 7). La reacción hace que neridronato-IONP con un tamaño hidrodinámico de 40 ± 4 nm en un distr estrecha de tamañosibution y -24,1 mV del potencial zeta. El procedimiento se describe para la síntesis rápida de IONP para la visualización in vivo de la placa aterosclerótica aunque la viabilidad del método permite la fijación de cualquier péptido / anticuerpo con aminas libres, utilizando las mismas condiciones, para diferentes propósitos dentro de T 2-ponderada agente de contraste 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 protocolo rápido y reproducible impulsado por microondas ha sido desarrollado para la síntesis de nanopartículas neridronato-funcionalizado. A partir de la síntesis de nanopartículas hidrófobas, nuestro método se basa en una adaptación del método de descomposición térmica a la síntesis impulsada por microondas. La nueva metodología produce una disminución en los tiempos de reacción en comparación con los procedimientos tradicionales. Además, el uso de la tecnología de microondas aumenta la reproducibilidad de las reacciones, algo importante desde el punto de vista de las aplicaciones clínicas. La novedad de esta nanopartícula de óxido de hierro es la unión de neridronato. El uso de esta molécula conduce un resto bisfosfonato hacia el exterior de la nanopartícula que proporciona Ca 2+ propiedades in vitro y la acumulación selectiva de unión in vivo en la placa de ateroma. El protocolo permite la síntesis y detección de la placa en aproximadamente 3 horas ya que la síntesis inicial de organiprecursores c. Su acumulación en la zona aterosclerótica en menos de 1 hr proporciona un agente de contraste especialmente adecuado para aplicaciones clínicas.

En este protocolo, se describe la síntesis de tres IONP diferente. A partir de hidrófobo OA-IONP, nanopartículas estables acuosas se obtienen con la ayuda de la síntesis impulsada por microondas. Todas las nanopartículas presentado ultra-pequeño tamaño hidrodinámico (Dh &lt;50 nm) en una distribución de tamaño muy estrecha (Figura 1c). El uso de la tecnología de microondas hace que las nanopartículas ultra pequeños en términos de tamaños de núcleo. Desde ...

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

Síntesis microondas impulsada de nanopartículas de óxido de hierro para la detección rápida de la aterosclerosis

La tecnología de microondas permite la síntesis extremadamente rápido de las nanopartículas de óxido de hierro para la caracterización de placas de aterosclerosis. El uso de un aminobisfosfonato en el lado externo de la nanopartícula proporciona una acumulación rápida en el 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

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De alto rendimiento de síntesis de carbohidratos y funcionalización de nanopartículas polianhidrido

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

Investigación

Bioingeniería

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La fabricación de una funcionalizado magnética bacteriana NANOCELULOSA con nanopartículas de óxido de hierro

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

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

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