Name: microwave-driven synthesis of iron oxide nanoparticles for fast detection of atherosclerosis
Uploaded: 2016-03-22T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Microwave-driven Synthesis of Iron Oxide Nanoparticles for Fast Detection of Atherosclerosis at JoVE.com

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. Beredning av reagenser <ol><li> Förbereda en mM HEPES buffert upplösning av 23,8 mg HEPES i 100 ml destillerat vatten. Justera pH till 7. </li><li> Förbered 10% NaHSOs 3 upplösning av 10 g av NaHSOs 3 i 100 ml destillerat vatten. Rör om blandningen i 15 min. </li><li> Förbereda NaOH-lösning upplösning av 1 g NaOH i 100 ml vatten. Rör om under 10 min. </li><li> Förbered 10 mM fosfatbuffert upplösning av 600 mg NaH 2 PO 4 i 1 L vatten. Tillsätt försiktigt 0,34 ...

<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>

Järnoxidnanopartiklar (IONP) är en av de viktigaste nanomaterial och det har använts för olika applikationer från länge sedan. Användningen av dessa material som kontrastmedel för magnetisk resonanstomografi (MRT) är ett väletablerat område. Men sträckor för syntes ofta tar flera tid och inställningen är komplicerat. På grund av att dramatiskt minska reaktionstiderna och förbättrar reproducerbarhet användningen av mikro-driven syntes verkar vara ett bra alternativ för produktion av högkvalitativa na...

Ateroskleros är en multifaktoriell kronisk inflammatorisk sjukdom i artärväggen till följd av en avreglerad lipidmetabolism och en defekt inflammatoriskt svar. På grund av förekomsten och de ekonomiska och sociala kostnaderna för detta och relaterade hjärt- och kärlsjukdomar finns ett växande intresse för att ta itu med patologin med nya verktyg, varav nanoteknik är en av de mest lovande. 1-3 Men det finns väldigt få exempel på snabb produktion och karaktärisering av prober som är grundläggande för översättning till kliniken 4 i detta protokoll använder vi en mikrovågsugn syntes av järnoxid nanopartiklar för ytterligare funktionalisering med en bisfosfonat och in vivo detektion av ateroskleros hos ApoE -. / -. möss i en timme 5 järnoxidnanopartiklar (IONP) är ett välkänt nanomaterial och dess användning som ett kontrastmedel för magnetisk resonanstomografi (MRT) har fastställts för påvisande av olika sjukdomars under de senaste åren. 6-8 Mikrovågssyntes (MWS), gör det möjligt att syntetisera nanopartiklar i extremt kort tid med hög reproducerbarhet och förbättrad avkastning. 9,10 I våra protokoll vi får IONP med plack inriktning kapacitet i tre steg. Den sista är fastsättning av en aminobisphosphonate, neridronat, som är nyckeln i vår strategi på grund av dess kalciumbindande egenskaper. På grund av deras naturliga analoga pyrofosfat (PPi), har neridronat använts vid behandling av osteogenesis imperfecta (OI) och Pagets sjukdom (PBF) för sin höga affinitet mot benmineral. 11-13 De tre stegen i protokollet sammanfattas i schema 1. Steg ett och två genomförs med hjälp av mikrovågsteknik. Första steget ger oljesyrabelagda järnoxidnanopartiklar (OA-IONP) genom en modifiering av publicerade metoder. 14 Protokollet är en anpassning till mikrovågsugn syntes av traditional termisk sönderdelning syntes. 15,16 En blandning innehållande Fe (acac) 3, oljesyra, oleylamin och 1,2-dodekandiol löses i bensylalkohol och utsattes vid två värmeprocesser. Upprening utförs tvättning med EtOH och uppsamling av partiklarna med en Nd-Fe-B-magnet för att eliminera överskottet av ytaktiva ämnen i supernatanten. Därefter OA-IONP stabiliserats i CHCI3. Som väntat, på grund av den mycket snabb uppvärmning, visade förväntade resultat som nanopartiklarna som syntetiseras av mikrovågsugn är mindre i termer av kärnan (3,7 ± 0,8 nm) och hydrodynamisk storlek (7,5 nm) i jämförelse med traditionell termisk sönderdelning; Men nanopartiklar fortfarande presentera en utmärkt kristallinitet. Det andra steget består i en direkt kemisk modifiering av dubbelbindningen, närvarande i den oljesyra, användning av en stark oxidant som KMnO 4, den ursprungliga metod som utvecklats i vår grupp modifierades för MW betingelser.17 Ett första steg bildar komplexen mellan MnO 4 - och dubbelbindningen. Sedan, ett andra steg under sura betingelser, producerar klyvningen av oljesyra-molekylen ger Azelainsyra-IONP. Efter dessa två steg av nio minuter vardera provet renas första tvättning med NaHSOs 3 1% för att minska överskottet av MnO 4 - till MnO 2 och sedan med NaOH 1% för att neutralisera syran. Efter reningssteget, är azelaic-IONP stabiliserad i 10 mM fosfatbuffert pH = 7,2. Denna buffert är den bästa miljön för den kolloidala stabiliteten hos partiklarna i likhet med vad som hände i det ursprungliga, termisk reaktion. 18 Användningen av mikrovågsugn för direkt oxidation av dubbelbindningen som finns i OA-IONP är ett mycket gott exempel på de fördelar som för att använda denna teknik vid syntes av nanopartiklar. Med den klassiska metoden reaktionen tar 24 timmar, användningen av mikrovågsugn minska Reactii tid till 18 minuter. Dessutom visar mikrovågsugn drivna protokoll en utmärkt reproducerbarhet ger nanopartiklar med 30 ± 5 nm av hydrodynamisk storlek efter 4 upprepningar. Bortsett av förändringen i den hydrodynamiska storlek, är zetapotentialen ett bra parameter för att snabbt kontrollera det framgångsrika av reaktionen. På grund av närvaron av de nya karboxylgrupper i azelaic-IONP, är värdet för zetapotentialen runt -44 mV, mycket likt det värde som erhålls genom den termiska tillvägagångssätt. För fastsättning av neridronat till Azelaic-IONP är traditionell EDC / sulfo-NHS konjugering används. 19 Detta syntetiska tillvägagångssätt är väl etablerat sedan anställa en aktiverad karboxylat med sulfo-NHS ger kolloidalt stabilitet under reaktionen. Efter eliminering av fosfatbuffert reaktionen med neridronat utföres i ett mM HEPES-buffert (pH ~ 7). Reaktionen gör neridronat-IONP med en hydrodynamisk storlek på 40 ± 4 nm i en snäv storleks distribution och -24,1 mV av Zeta-potentialen. Förfarandet beskrivs för snabb syntes av IONP för in vivo visualisering av aterosklerotisk plack, även om det är möjligt att den metod tillåter fästandet av varje peptid / antikroppen med fria aminer, med användning av samma betingelser, för olika ändamål inom T 2-viktade kontrastmedel MRI fält.

<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

En snabb och reproducerbar mikrovågsugn drivna protokoll har utvecklats för syntes av neridronat-funktionaliserade nanopartiklar. Med utgångspunkt från syntesen av hydrofoba nanopartiklar, är vår metod som bygger på en anpassning av termisk nedbrytning metod för att mikrovågsugn driven syntes. Den nya metoden ger en minskning av reaktionstiderna i jämförelse med traditionella metoder. Dessutom ökar användningen av mikrovågsteknik reproducerbarheten av reaktionerna, något viktigt ur synvinkel av kliniska tillämpningar. Det nya i detta järnoxidnanopartiklar är fastsättningen av neridronat. Användningen av denna molekyl leder en bisfosfonat del mot utsidan av nanopartiklar som ger Ca2 + bindningsegenskaper in vitro och selektiv ackumulering in vivo i aterom plack. Protokollet möjliggör syntes och plack detektering i ca 3 h sedan det ursprungliga syntes från organic prekursorer. Deras ackumulering i den aterosklerotiska område på mindre än en timme ger ett kontrastmedel särskilt lämplig för kliniska tillämpningar.

I detta protokoll är syntesen av tre olika IONP beskrivs. Utgående från hydrofoba OA-IONP är vatten stabila nanopartiklar som erhållits med hjälp av mikrovågor driven syntes. Alla nanopartiklar presenteras extremt små hydrodynamisk storlek (Dh &lt;50 nm) i en mycket snäv storleksfördelning (figur 1c). Användningen av mikrovågsteknik gör ultrasmå nanopartiklar i form av kärnstorlekar. Eftersom mikrovågsugn producera en snabb uppvärmning, graden av kärn ?...

Watch this Scientific Journal Video about Microwave-driven Synthesis of Iron Oxide Nanoparticles for Fast Detection of Atherosclerosis at JoVE.com

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

Mikrovågsugn driven Syntes av järnoxid nanopartiklar för snabb detektion av åderförkalkning

Microwave tekniken möjliggör extremt snabb syntes av järnoxidnanopartiklar för ateroskleros plackkarakterisering. Användningen av en aminobisphosphonate i den yttre sidan av nanopartikeln ger en snabb ackumulering i den aterosklerotiska området.

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

Hög kapacitet Syntes av kolhydrater och Funktionalisering av polyanhydrid Nanopartiklar

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

Harmonic Nanoparticles for Regenerative Research

Harmonic Nanopartiklar för regenerativ forskning

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

Tillverkning av en funktionaliserad Magnetic bakteriell Nanocellulosa med järnoxid nanopartiklar

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

Cell Märkning och inriktning med superparamagnetiska nanopartiklar av järnoxid

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

Identifiering av Metal Oxide Nanopartiklar i histologiska prov av Enhanced Darkfield mikroskopi och Hyperspektrala Mapping

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

Synthesis of Keratin-based Nanofiber for Biomedical Engineering

Syntes av keratin-baserad nanofiber för medicinsk teknik

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

Snabb Enzymatisk bearbetning av proteiner för MS Detection med en genomströmningsmikroreaktor

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

Syntes av katjoniserad Magnetoferritin för ultrasnabb magnetiseringen av celler

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

Produktion av metall nanopartiklar genom pulserad laserablation i vätskor: Ett verktyg för att studera de antibakteriella egenskaperna hos nanopartiklar

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