Name: synthesis, characterization, and application of superparamagnetic iron oxide nanoprobes for extrapulmonary tuberculosis detection
Uploaded: 2020-02-16T12:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Synthesis, Characterization, and Application of Superparamagnetic Iron Oxide Nanoprobes for Extrapulmonary Tuberculosis Detection at JoVE.com

Forfatterne er taknemmelige for den finansielle støtte fra Økonomiministeriet Taiwan (tilskud NSC-101-2120-M-038-001, MOST 104-2622-B-038 -007, MOST 105-2622-B-038-004) til at udføre dette forskningsarbejde. Dette manuskript blev redigeret af Wallace Academic Editing.

Alle protokoller vedrørende dyreforsøg følger standardprocedurerne for laboratoriedyravl i overensstemmelse med De Nationale Sundhedskontorer for Pleje og Anvendelse af Forsøgsdyr (8. udgave, 2011) og er godkendt af institutionelle dyrepleje- og brugsudvalg.
1. SPIO nanopartikelsyntese
<ol><li>Forbered dextran-belagte jernoxid magnetiske nanopartikler ved kraftigt omrøring en blanding af dextran T-40 (5 ml; 50% w / w) og vandig FeCl3× 6H2O (0,45 g; 2,77 mmol) og F...

<ol>
	<li>Small, P. M., 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=Treatment+of+tuberculosis+in+patients+with+advanced+human+immunodeficiency+virus+infection.">Treatment of tuberculosis in patients with advanced human immunodeficiency virus infection.</a> New England Journal of Medicine. 324, 289-294 (1991).</li><li>Alvarez, S., McCabe, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extrapulmonary+tuberculosis+revisited:+a+review+of+experience+at+Boston+City+and+other+hospitals.">Extrapulmonary tuberculosis revisited: a review of experience at Boston City and other hospitals.</a> Medicine. 63, 25-55 (1984).</li><li>Ozbay, B., Uzun, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extrapulmonary+tuberculosis+in+high+prevalence+of+tuberculosis+and+low+prevalence+of+HIV.">Extrapulmonary tuberculosis in high prevalence of tuberculosis and low prevalence of HIV.</a> Clinics in Chest Medicine. 23, 351-354 (2002).</li><li>Ebdrup, L., Storgaard, M., Jensen-Fangel, S., Obel, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ten+years+of+extrapulmonary+tuberculosis+in+a+Danish+university+clinic.">Ten years of extrapulmonary tuberculosis in a Danish university clinic.</a> Scandinavian Journal of Infectious Diseases. 35, 244-246 (2003).</li><li>Steingart, K. R., 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=A+systematic+review+of+commercial+serological+antibody+detection+tests+for+the+diagnosis+of+extrapulmonary+tuberculosis.">A systematic review of commercial serological antibody detection tests for the diagnosis of extrapulmonary tuberculosis.</a> Postgraduate Medical Journal. 83, 705-712 (2007).</li><li>Liao, C. H., 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=Diagnostic+performance+of+an+enzyme-linked+immunospot+assay+for+interferon-gamma+in+extrapulmonary+tuberculosis+varies+between+different+sites+of+disease.">Diagnostic performance of an enzyme-linked immunospot assay for interferon-gamma in extrapulmonary tuberculosis varies between different sites of disease.</a> Journal of Infection. 59, 402-408 (2009).</li><li>Kim, S. H., 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=Diagnostic+usefulness+of+a+T-cell+based+assay+for+extrapulmonary+tuberculosis.">Diagnostic usefulness of a T-cell based assay for extrapulmonary tuberculosis.</a> Archives of Internal Medicine. 167, 2255-2259 (2007).</li><li>Kim, S. H., 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=Diagnostic+usefulness+of+a+T-cell-based+assay+for+extrapulmonary+tuberculosis+in+immunocompromised+patients.">Diagnostic usefulness of a T-cell-based assay for extrapulmonary tuberculosis in immunocompromised patients.</a> The American Journal of Medicine. 122, 189-195 (2009).</li><li>Pai, M., Zwerling, A., Menzies, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Systematic+review:+T-cell-based+assays+for+the+diagnosis+of+latent+tuberculosis+infection:+an+update.">Systematic review: T-cell-based assays for the diagnosis of latent tuberculosis infection: an update.</a> Annals of Internal Medicine. 149, 177-184 (2008).</li><li>Kobashi, Y., 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=Clinical+utility+of+a+T+cell-based+assay+in+the+diagnosis+of+extrapulmonary+tuberculosis.">Clinical utility of a T cell-based assay in the diagnosis of extrapulmonary tuberculosis.</a> Respirology. 14, 276-281 (2009).</li><li>Paluch-Oles, J., Magrys, A., Kot, E., Koziol-Montewka, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+identification+of+tuberculosis+epididymo-orchitis+by+INNO-LiPA+Rif+TB+and+QuantiFERON-TB+Gold+In+Tube+tests:+case+report.">Rapid identification of tuberculosis epididymo-orchitis by INNO-LiPA Rif TB and QuantiFERON-TB Gold In Tube tests: case report.</a> Diagnostic Microbiology and Infectious Disease. 66, 314-317 (2010).</li><li>Kaneko, K., Onodera, O., Miyatake, T., Tsuji, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+diagnosis+of+tuberculous+meningitis+by+polymerase+chain+reaction+(PCR).">Rapid diagnosis of tuberculous meningitis by polymerase chain reaction (PCR).</a> Neurology. 40, 1617 (1990).</li><li>Bhigjee, A. I., 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=Diagnosis+of+tuberculous+meningitis:+clinical+and+laboratory+parameters.">Diagnosis of tuberculous meningitis: clinical and laboratory parameters.</a> International Journal of Infectious Diseases. 11, 348-354 (2007).</li><li>Miyawaki, A., Sawano, A., Kogure, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lighting+up+cells:+labelling+proteins+with+fluorophores.">Lighting up cells: labelling proteins with fluorophores.</a> Nature Cell Biology. , 1-7 (2003).</li><li>Weissleder, R., Mahmood, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+imaging.">Molecular imaging.</a> Radiology. 219, 316-333 (2001).</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>Talelli, M., 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+encapsulated+in+biodegradable+thermosensitive+polymeric+micelles:+toward+a+targeted+nanomedicine+suitable+for+image-guided+drug+delivery.">Superparamagnetic iron oxide nanoparticles encapsulated in biodegradable thermosensitive polymeric micelles: toward a targeted nanomedicine suitable for image-guided drug delivery.</a> Langmuir. 25, 2060-2067 (2009).</li><li>Cho, W. S., 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=Pulmonary+toxicity+and+kinetic+study+of+Cy5.5-conjugated+superparamagnetic+iron+oxide+nanoparticles+by+optical+imaging.">Pulmonary toxicity and kinetic study of Cy5.5-conjugated superparamagnetic iron oxide nanoparticles by optical imaging.</a> Toxicology and Applied Pharmacology. , 106-115 (2009).</li><li>Mahmoudi, M., Simchi, A., Milani, A. S., Stroeve, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell+toxicity+of+superparamagnetic+iron+oxide+nanoparticles.">Cell toxicity of superparamagnetic iron oxide nanoparticles.</a> Journal of Colloid and Interface Science. 336, 510-518 (2009).</li><li>Chen, T. 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=Targeted+folic+acid-PEG+nanoparticles+for+noninvasive+imaging+of+folate+receptor+by+MRI.">Targeted folic acid-PEG nanoparticles for noninvasive imaging of folate receptor by MRI.</a> Journal of Biomedical Materials Research Part A. 87, 165-175 (2008).</li><li>Chen, T. 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=Targeted+Herceptin-dextran+iron+oxide+nanoparticles+for+noninvasive+imaging+of+HER2/neu+receptors+using+MRI.">Targeted Herceptin-dextran iron oxide nanoparticles for noninvasive imaging of HER2/neu receptors using MRI.</a> Journal of Biological Inorganic Chemistry. 14, 253-260 (2009).</li><li>Weissleder, R., 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=Ultrasmall+superparamagnetic+iron+oxide:+an+intravenous+contrast+agent+for+assessing+lymph+nodes+with+MR+imaging.">Ultrasmall superparamagnetic iron oxide: an intravenous contrast agent for assessing lymph nodes with MR imaging.</a> Radiology. 175, 494-498 (1990).</li><li>Wang, J., Wakeham, J., Harkness, R., Xing, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Macrophages+are+a+significant+source+of+type+1+cytokines+during+mycobacterial+infection.">Macrophages are a significant source of type 1 cytokines during mycobacterial infection.</a> Journal of Clinical Investigation. 103, 1023-1029 (1999).</li><li>Angra, P., Ridderhof, J., Smithwick, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+two+different+strengths+of+carbol+fuchsin+in+Ziehl-Neelsen+staining+for+detecting+acid-fast+bacilli.">Comparison of two different strengths of carbol fuchsin in Ziehl-Neelsen staining for detecting acid-fast bacilli.</a> Journal of Clinical Microbiology. 41, 3459 (2003).</li><li>Woods, A. E., Ellis, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Laboratory Histopathology- A Complete Reference. 1st edn. , 6-11 (1994).</li><li>Lee, C. N., 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=Super-paramagnetic+iron+oxide+nanoparticles+for+use+in+extrapulmonary+tuberculosis+diagnosis.">Super-paramagnetic iron oxide nanoparticles for use in extrapulmonary tuberculosis diagnosis.</a> Clinical Microbiology and Infection. 18, 149-157 (2012).</li><li>Lee, H., Yoon, T. J., Weissleder, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasensitive+detection+of+bacteria+using+core-shell+nanoparticles+and+an+NMR-filter+system.">Ultrasensitive detection of bacteria using core-shell nanoparticles and an NMR-filter system.</a> Angewandte Chemie International Edition. 48, 5657-5660 (2009).</li><li>Fan, Z., 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=Popcorn-shaped+magnetic+core-plasmonic+shell+multifunctional+nanoparticles+for+the+targeted+magnetic+separation+and+enrichment,+label-free+SERS+imaging,+and+photothermal+destruction+of+multidrug-resistant+bacteria.">Popcorn-shaped magnetic core-plasmonic shell multifunctional nanoparticles for the targeted magnetic separation and enrichment, label-free SERS imaging, and photothermal destruction of multidrug-resistant bacteria.</a> Chemistry. 19, 2839-2847 (2013).</li><li>Nishie, 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=In+vitro+imaging+of+human+monocytic+cellular+activity+using+superparamagnetic+iron+oxide.">In vitro imaging of human monocytic cellular activity using superparamagnetic iron oxide.</a> Computerized Medical Imaging and Graphics. 31, 638-642 (2007).</li><li>von Zur Muhlen, C., 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+binding+and+uptake+as+imaged+by+magnetic+resonance+is+mediated+by+the+integrin+receptor+Mac-1+(CD11b/CD18):+implications+on+imaging+of+atherosclerotic+plaques.">Superparamagnetic iron oxide binding and uptake as imaged by magnetic resonance is mediated by the integrin receptor Mac-1 (CD11b/CD18): implications on imaging of atherosclerotic plaques.</a> Atherosclerosis. 193, 102-111 (2007).</li></ol>

I lighed med relevante undersøgelser viste vores resultater vedrørende SPIO-MtbsAb nanosonder en betydelig specificitet for Mtb27,28. Den subkutane Mtb granulom blev fundet 1 måned efter TB injektion i musemodeller. Den typiske TB granulomatøse histologi resultater omfattede lymfocyt infiltration, tilstedeværelse af epiteliier makrofager, og neovaskularisering. Syre-hurtig bacilli blev spredt i TB læsioner, bekræfter MtbsAb immunhistokemi resultater. Dette...

På verdensplan udgør ekstraulattuberkulose (ETB) en betydelig andel af tuberkulosetilfælde. Ikke desto mindre, ETB diagnose er ofte savnet eller forsinket på grund af sin snigende kliniske præsentation og dårlige resultater på diagnostiske tests; falske resultater omfatter spytudstrygninger negative for syre-hurtig bacilli, mangel på granulomatous væv på histopatologi, eller manglende kultur Mycobacterium tuberkulose (Mtb). I forhold til typiske tilfælde forekommer ETB mindre hyppigt og indebærer ringe befrielse af Mtb bacilli. Desuden er det normalt lokaliseret på vanskelige at få adgang til websteder, såsom lymfeknuder, lungehinde, og osteoartikulære områder1. Invasive procedurer for opnåelse af passende kliniske prøver, hvilket gør bakteriologisk bekræftelse risikabel og vanskelig, er således væsentlige2,3,4.
Kommercielt tilgængelige antistofdetektionstest for ETB er upålidelige til klinisk påvisning på grund af deres brede følsomhed (0,00-1,00) og specificitet (0,59-1,00) for alle ekstrapulmonale steder tilsammen5. Enzym-linked immunospot (ELISPOT) analyser for interferon-γ, kultur filtrate protein (CFP), og tidlig sekretorisk egenogen mål (ESAT) er blevet brugt til diagnosticering latent og aktiv TB. Resultaterne varierer dog mellem forskellige sygdomssteder for diagnosticering af ETB6,7,8. Desuden gav ppd (renset proteinderivat) og QuantiFERON-TB ofte falske negative resultater9. QuantiFERON-TB-2G er en fuldblodsanalyse af blodimmunreaktivitet, som ikke kræver en prøve fra det berørte organ, og dette kan være et alternativt diagnostisk værktøj6,10,11. Andre diagnostiske metoder, der typisk anvendes til TB meningitis, såsom polymerase kædereaktion, er stadig for ufølsom til trygt udelukke klinisk diagnose12,13. Disse konventionelle tests viser utilstrækkelige diagnostiske oplysninger til at opdage den ekstrapulmonale infektion site. Der kræves således klinisk nye diagnostiske metoder.
Molekylær billeddannelse har til formål at designe nye værktøjer, der direkte kan screene specifikke molekylære mål for sygdomsprocesser in vivo14,15. Superparamagnetisk jernoxid (SPIO), et T2-vægtet NMR kontrastmiddel, kan i væsentlig grad øge specificiteten og følsomheden af magnetisk resonans (MR) imaging (MR)16,17. Denne nye funktionelle billeddannelse modalitet kan præcist skitsere væv ændringer på molekylært niveau gennem ligand-receptor interaktioner. I denne undersøgelse blev en ny molekylær billeddannelsessonde bestående af SPIO nanopartikler syntetiseret til konjugat med Mtb overfladeantistof (MtbsAb) til ETB-diagnose. SPIO nanosonder er minimalt invasive over for væv og organer, der undersøges18,19. Desuden kan disse nanosonder demonstrere præcise MR-billeder ved lave koncentrationer på grund af deres paramagnetiske egenskaber. Desuden synes SPIO nanosonder fremkalde mindst allergiske reaktioner, fordi tilstedeværelsen af jernioner er en del af normal fysiologi. Her blev følsomheden og specificiteten af DE SPIO-MtbsAb nanosonder, der er rettet mod ETB, evalueret i både celle- og dyremodeller. Resultaterne viste, at nanosonderne var gældende som ultrafølsomme billeddannelsesmidler til ETB-diagnose.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>(benzotriazol-1-yloxy) tripyrrolidinophosphonium hexafluorophosphate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1-hydroxybenzotriazole</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>dextran(T-40)</td>
			<td>GE Healthcare Bio-sciences AB</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>epichlorohydrin, 2,2&#39;-(ethylenedioxy)bis(ethylamine)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ferric chloride hexahydrate</td>
			<td>Fluka</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ferrous chloride tetrahydrate</td>
			<td>Fluka</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Human monocytic THP-1</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M. bovis BCG</td>
			<td>Pasteur M&#233;rieux</td>
			<td>Connaught strain; ImmuCyst Aventis</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MRI</td>
			<td>GE medical Systems</td>
			<td>3.0-T, Signa</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NH4OH</td>
			<td>Fluka</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NMR relaxometer</td>
			<td>Bruker</td>
			<td>NMS-120 Minispec</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sephacryl S-300</td>
			<td>GE Healthcare Bio-sciences AB</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sephadex G-25</td>
			<td>GE Healthcare Bio-sciences AB</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SPECTRUM molecular porous membrane tubing, 12,000 -14,000 MW cut off</td>
			<td>Spectrum Laboratories Inc</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TB surface antibody- Polyclonal Antibody to Mtb</td>
			<td>Acris Antibodies GmbH</td>
			<td>BP2027</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>transmission electron microscope</td>
			<td>JEOL</td>
			<td>JEM-2000 EX II</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

synthesis, characterization, and application of superparamagnetic iron oxide nanoprobes for extrapulmonary tuberculosis detection

En molekylær billeddannelsesonde bestående af superparamagnetiskjernoxid (SPIO) nanopartikler og Mycobacterium tuberculosis overfladeantistof (MtbsAb) blev syntetiseret for at forbedre billeddannelsefølsomheden for ekstrapulmonal tuberkulose (ETB). En SPIO nanosonde blev syntetiseret og konjugeret med MtbsAb. Den rensede SPIO-MtbsAb nanosonde var karakteriseret ved hjælp af TEM og NMR. For at bestemme sondens målretningsevne blev SPIO-MtbsAb nanosonder inkuberet med Mtb til in vitroimaging analyser og injiceret i Mtb-inokulerede mus til in vivo-undersøgelse med magnetisk resonans (MR). Kontrastforbedringsreduktionen på magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) af Mtb- og THP1-celler viste proportional med SPIO-MtbsAb nanosondekoncentrationen. Efter 30 min intravenøs SPIO-MtbsAb nanosonde injektion i Mtb-inficerede mus, signalintensiteten af granulomatøse site blev forbedret med 14 gange i T2-vægtede MR-billeder sammenlignet med at modtage mus PBS injektion. MtbsAb nanosonderne kan bruges som en ny modalitet for ETB-detektion.

SPIO-MtbsAb nanosonde syntese og karakterisering SPIO nanopartikler var designet til at konjugere med MtbsAb. Dextran stabiliseret på overfladen af SPIO nanopartikler blev krydsforbundet af epichlorohydrin. SPIO nanopartikler blev efterfølgende indarbejdet sammen med EDBE for at aktivere primære aminfunktionelle grupper i dextranenderne. SA blev derefter konjugeret til at danne SPIO-EDBE-SA. SPIO-MtbsAb nanosonder dannet i det sidste trin gennem konjugering af MtbsAb med SPIO-EDBE-SA i tilstedevær...

Watch this Scientific Journal Video about Synthesis, Characterization, and Application of Superparamagnetic Iron Oxide Nanoprobes for Extrapulmonary Tuberculosis Detection at JoVE.com

Synthesis, Characterization, and Application of Superparamagnetic Iron Oxide Nanoprobes for Extrapulmonary Tuberculosis Detection

For at forbedre serologiske diagnostiske test for Mycobacterium tuberkulose antigener, vi udviklet superparamagnetiske jernoxid nanosonder til at opdage ekstrapulmonal tuberkulose.

Syntese, karakterisering og anvendelse af superparamagnetiske jernoxid nanosonder til ekstrapulmonal tuberkulosedetektion

A molecular imaging probe comprising superparamagnetic iron oxide (SPIO) nanoparticles and Mycobacterium tuberculosis surface antibody (MtbsAb) was ...

Globalt, ekstrapulmonal tuberkulose diagnose er ofte forsinket, da det kræver et kirurgisk indgreb for bekræftelse på grund af ikke-specifikke kliniske præsentation og en dårlig præstation på diagnostiske tests. For at forbedre serologiske diagnostiske test for antigener af mycobakterier hos Mycobacterium tuberculosis har vi udviklet superparamagnetiske nitrogenoxid nanoprober til påvisning af ekstrapulmonal tuberkulose. TB-SPIO nanoprober kan give præcise magnetiske resonans billeder ved lave koncentrationer på grund af deres paramagnetiske egenskaber uden at fremkalde nogen autoimmun reaktion.TB-SPIO nanoprober gør det muligt at målrette og detektion af Mycobacterium tuberkulose infektion. De kan også anvendes som MR-kontrastmiddel til påvisning af andre sygdomme. Sørg for at studere protokollen grundigt, før du forsøger protokollen, da hver del af eksperimentet anvender en specifik kerneteknologi.Visuel demonstrere af metoden kan hjælpe eleverne til at forstå, hvordan man gennemfører processen, især for nogle af de mere komplicerede eksperimenter. For at forberede dextran-belagt jernoxid magnetiske nanopartikler, kraftigt kombinere fem milliliter dextran T40 med 45 milligram vandig ferrichlorid hexahydrat og 32 milligram af jernholdige klorid tetrahydrat opløsninger ved stuetemperatur. Tilsæt hurtigt 10 milliliter ammoniumhydroxid, og der skal anvendes en rørebjælke til at omrøre den resulterende sorte suspension i en time ved stuetemperatur.Ved afslutningen af omrøring inkubationen, centrifuge opløsningen og fjerne aggregater. For at adskille de endelige SPIO-produkter fra den ubundne dextran T40 indbelægges hele fem milliliterreaktionsblandingen i en 2,5 gange 33 centimeter gelfiltreringskromatografisøjle, og dextranen eluteres med 0,1-molar natriumacetat og 0,15-molar natriumchloridbufferopløsning. Derefter indsamles de rensede dextran-belagte jernoxid magnetiske nanopartikler i tomvolumen og analysere kolonnen eluates for jern og dextran på 330 og 490 nanometer i henhold til standard protokoller.For at skabe SPIO-konjugeret Mycobacterium tuberkulose overflade antistoffer, først syntetisere SPIO-EDBE-succinic anhydrid ved at blande 10 milliliter af en basisk opløsning af SPIO-EBDE med et gram succinic anhydrid i 24 timer ved stuetemperatur. Den næste dag, skal du bruge 12, 000 til 4, 000 molekylvægt cutoff molekylær porøse membran slanger til dialyze opløsningen med 26-timers ændringer af to liter destilleret vand pr ændring. Efter den sidste ændring tilsættes 100 mikroliter af den resulterende opløsning til 400 mikroliter på 4,5 mg/milliliter TB overfladeantistof efterfulgt af tilsætning af 1-hydroxybenzotriazol og benzotriazol-1-yloxy tripyrrolidinophosphonium hexafluorophosphat som katalysatorer ved stuetemperatur i 24 timer under omrøring.Adskaf opløsningerne fra det ubundne antistof gennem gelfiltreringskromatografi ved hjælp af PBS som buffer. For at bestemme den gennemsnitlige partikelstørrelse, morfologi og størrelsesfordeling, drop-cast den sammensatte dispersion på en 200-mesh kobber gitter og lufttørre prøven ved stuetemperatur, før lastning på en transmission elektron mikroskop til billeddannelse ved 100 kilovolts. For at måle afslapning tid værdier nanoprober, bruge en nuklear magnetisk resonans relaxometer på 20 megahertz og 37 grader Celsius plus eller minus en grad.For nanoprobe pulserende celle billeddannelse, først dyrke menneskelige THP-1 monocytter i henhold til standard cellekultur protokoller. Når cellerne har nået det relevante aktiveringsstadium, preincubate en gange 10 til de syv monocytter med en gange 10 til den sjette koloni-dannende enheder af Mycobacterium bovis BCG i en time. Ved inkubationens afslutning overføres cellerne til mikrocentriske mikrocentriske mikrocentrata og tilsættes to millimolar SPIO Mycobacterium tuberkulose overfladeantistofkonjugerede nanoprober til hvert rør for en times inkubation ved 37 grader Celsius og 5 % kuldioxid.Ved inkubationens afslutning indsamles cellerne ved centrifugering og pellets i 200 mikroliter frisk medium. Scan derefter prøverne ved hjælp af en hurtig gradient ekko puls sekvens gennem 3.0-T magnetisk resonans imaging at bestemme specificitet og følsomhed af nanoprober. For at vaccinere forsøgsdyr med M.bovis BCG skal den første rekonstituere den frysetørrede vaccine eller bakteriebestand i Sautons medium og fortynde den rekonstituerede stamopløsning med saltvand.Dernæst indlæses 100 mikroliter af opløsningen i en en millilitersprøjt pr. dyr, og hele mængden af bakterier indsprøjtes intradermalt i venstre eller højre skulderbladsskind på hver mus. For in vivo magnetisk resonans imaging af levende nanoprobe-injicerede dyr, erhverve baseline T2-vægtede hurtige spin-ekko billeder af hver bedøvet forsøgsdyr før injektion to nanomolar SPIO-TB antistof sonder suspenderet i 200 mikroliters saltvand i halen af hver mus. Derefter, billede dyrene igen umiddelbart efter injektionen og hvert femte minut i de næste 30 minutter.Ved afslutningen af billedbehandlingssessionen analyserer du kvantitativt alle de magnetiske resonansbilleder ved hjælp af signalintensiteten som en måling af de definerede interesseområder i sammenlignelige placeringer af et M.tuberkulose-granulomcenter og rygmusklen, der støder op til et granulomatis-område. Brug derefter formlen til at beregne de relative signalforbedringer ved hjælp af signalintensitetsmålingen før og nul til tre timer efter injektionen af kontrastmidlerne. En måned efter inokulering indsamles vævet fra hvert dyrs intradermale inokuleringssted, og de formalinfaste paraffinindreduceres fem til 10 mikrometer tykke vævsprøver med hæmatoxylin og eosin, Ziehl-Neelsen pletter for syrehurtige bakterier og Berlin blå for jern.Transmission elektron mikroskopi af SPIO-TB overflade antistof nanoprober afslører, at nanoprober udviser et godt spredt udseende med en gennemsnitlig størrelse på 3,8 plus eller minus 0,4 nanometer per kerne. M.bovis BCG og syrehurtig bakteriestamme kan påvises ved hjælp af Ziehl-Neelsen-farvning. Efter isolation og kultur med sonder indeholdende jern, kan bakterierne identificeres gennem Berlin blå farvning.TB-målretningsgraden af SPIO-TB overfladeantistof nanoprober kan bestemmes ved hjælp af T2-vægtet magnetisk resonansbilleddannelse som indikeret ved et fald i signalintensiteten ved tilstedeværelse af de nanoprober, der forekommer på en koncentrationsafhængig måde. Hos nanoprobeinje injicerede dyr er den T2-vægtede forbedring af signalreduktionen i M.tuberculosis granulomatis-områderne ca. 14 gange højere end kontrolområdernes. En måned efter infektion, en organiseret subkutan granulom kan observeres i nanoprobe-injiceres C57 sorte 6 mus med nye blod vaskularisering og lymfocyt og epithelioid makrofag aggregater noteret i disse læsioner.Positiv m.tuberkulose ekspression er også observeret i de granulomatøse områder med syre-hurtig bacilli farvning positiv på læsionsstedet. Berlin blå, en ferri jern positiv plet, kan også bruges til at bestemme følsomheden af sonder til TB. For in vivo magnetisk resonans billede af livet, nanoprobe-injicerede dyr erhverve baseline T2-vægtet hurtig spin-ekko billede af hver bedøvet forsøgsdyr før injektion af SPIO-TB antistof sonder. Nu, hvor vi har etableret SOP-teknikken til påvisning af ekstrapulmonal tuberkulose, kan disse antistoffer bruges til specifikt at diagnosticere ekstrapulmonal tuberkulose.

Research

JoVE Journal

Medicine

Production and Detection of Reactive Oxygen Species (ROS) in Cancers

Production and Detection of Reactive Oxygen Species ROS in Cancers

Produktion og Påvisning af Reactive Oxygen Species (ROS) i kræft

Reactive oxygen species include a number of molecules that damage DNA and RNA and oxidize proteins and lipids (lipid peroxydation). These reactive ...

Labeling Stem Cells with Ferumoxytol, an FDA-Approved Iron Oxide Nanoparticle

Mærkning stamceller med Ferumoxytol, en FDA-godkendt jernoxid Nanopartikel

Stem cell based therapies offer significant potential for the field of regenerative medicine. However, much remains to be understood regarding the in vivo ...

Analytical Techniques for Assaying Nitric Oxide Bioactivity

Analytiske teknikker til analyse af nitrogenoxid Bioaktivitet

Nitric oxide (NO) is a diatomic free radical that is extremely short lived in biological systems (less than 1 second in circulating blood)1. NO may be ...

Cerenkov Luminescence Imaging (CLI) for Cancer Therapy Monitoring

Cerenkov Luminescence Imaging CLI for Cancer Therapy Monitoring

In  molecular imaging, positron emission tomography (PET) and optical imaging (OI)  are two of the most important and thus most widely used modalities1-3. ...

Establishment and Characterization of UTI and CAUTI in a Mouse Model

Etablering og karakterisering af UTI og CAUTI i en musemodel

Urinary tract infections (UTI) are highly prevalent, a significant cause of morbidity and are increasingly resistant to treatment with antibiotics. ...

Platelet-based Detection of Nitric Oxide in Blood by Measuring VASP Phosphorylation

Trombocyt-baseret detektion af nitrogenoxid i blodet ved at måle VASP fosforylering

Platelets are the blood components responsible for proper blood clotting. Their function is highly regulated by various pathways. One of the most potent ...

Polyethyleneimine-coated Iron Oxide Nanoparticles as a Vehicle for the Delivery of Small Interfering RNA to Macrophages In Vitro and In Vivo

Polyethyleneimine-coated Iron Oxide Nanoparticles as a Vehicle for the Delivery of Small Interfering RNA to Macrophages In Vitro and In Vivo

Polyethyleneimine-belagt jernoxid nanopartikler som et køretøj til levering af små interfererende RNA til makrofager In Vitro og In Vivo

Because of their critical role in regulating immune responses, macrophages have continuously been the subject of intensive research and represent a ...

Assessment and Characterization of Hyaloid Vessels in Mice

Vurdering og karakterisering af Hyaloide fartøjer i mus

In the eye, the embryonic hyaloid vessels nourish the developing lens and retina and regress when the retinal vessels develop. Persistent or failed ...

Tracking Superparamagnetic Iron Oxide-labeled Mesenchymal Stem Cells using MRI after Intranasal Delivery in a Traumatic Brain Injury Murine Model

Tracking superparamagnetisk jernoxid-mærket Mesenchymal stamceller ved hjælp af MRI efter intranasal levering i en traumatisk hjerneskade murine model

Stem cell-based therapies for brain injuries, such as traumatic brain injury (TBI), are a promising approach for clinical trials. However, technical ...

Synthesis and Characterization of Multi-Modal Phase-Change Porphyrin Droplets

Syntese og karakterisering af multimodale faseskift porfyrindråber

Phase-change droplets are a class of ultrasound contrast agents that can convert into echogenic microbubbles in situ with the application of sufficient ...