Summary

Herstellung, Reinigung und Charakterisierung von Lanthanoidkomplexe für die Verwendung als Kontrastmittel für die Magnetresonanz-Tomographie

Published: July 21, 2011
doi:

Summary

Wir zeigen die Metallierung, Reinigung und Charakterisierung von Lanthanoid-Komplexen. Die hier beschriebenen Komplexe können konjugiert werden, um Makromoleküle, damit diese Rückverfolgung Moleküle mittels Magnetresonanztomographie.

Abstract

Polyaminopolycarboxylate-Liganden werden häufig verwendet, um Lanthanidionen Chelat, und die resultierenden Komplexe eignen sich als Kontrastmittel für die Kernspintomographie (MRI). Viele im Handel erhältliche Liganden sind besonders nützlich, da sie funktionelle Gruppen, die für schnelle, hochreine ermöglichen, und mit hoher Ausbeute Konjugation an Makromolekülen und Biomolekülen über aminreaktiven aktivierten Estern und Isothiocyanat-Gruppen oder Thiol-reaktive Maleinimide enthalten. Während Metallierung dieser Liganden wird als allgemein bekannt, im Bereich der Biokonjugation Chemie, subtile Unterschiede in Metallierung Verfahren müssen berücksichtigt werden bei der Auswahl Metall Ausgangsstoffe. Darüber hinaus mehrere Optionen für die Reinigung und Charakterisierung existieren, und die Auswahl der effektivsten Verfahren teilweise abhängig von der Auswahl der Ausgangsstoffe. Diese feinen Unterschiede sind oft in veröffentlichten Protokollen vernachlässigt. Hier ist es unser Ziel, gemeinsame Methoden für die Metallierung, Reinigung und Charakterisierung von Lanthanoid-Komplexe, die als Kontrastmittel für die MRT (Abb. 1) verwendet werden können demonstrieren. Wir erwarten, dass diese Publikation ermöglicht biomedizinische Wissenschaftler Lanthanoid Komplexierung Reaktionen in ihr Repertoire von häufig verwendeten Reaktionen integrieren durch Lockerung der Auswahl der Ausgangsstoffe und Reinigungsverfahren.

Protocol

1. Metallierung mit LnCl 3 Salze Lösen des Liganden in Wasser zu einer Lösung von 30-265 mm. Die Liganden 2 – (4-isothiocyanatobenzyl)-Diethylentriaminpentaessigsäure (p-SCN-Bn-DTPA) wurde in diesem Video bei einer Konzentration von 73 mM verwendet. Den pH-Wert der Lösung von Ligand zwischen 5,5 und 7,0 durch Zugabe von 1 M NH 4 OH. In diesem Video wurden 0,2 ml der 1 M NH 4 OH-Lösung verwendet. Lösen Sie 1-2 Äquivalente der LnCl 3</sub…

Discussion

Angesichts der zunehmenden Zahl von Publikationen, die Lanthanoid-basierte Kontrastmittel 4-14 zählen, ist es wichtig, dass Pflege in der Vorbereitung, Reinigung und Charakterisierung von Produkten, um reproduzierbare und vergleichbare Ergebnisse zu gewährleisten, wird übernommen. Diese Komplexe werden oft als schwierig zu reinigen und zu charakterisieren gegenüber organischen Molekülen aufgrund ihrer paramagnetischen Natur und die Empfindlichkeit eines funktionellen Gruppen, die für Biokonjugation verw…

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Wir danken Anschubfinanzierung von der Wayne State University (MJA), einen Zuschuss von der American Foundation for Aging Research (SMV) und ein Pathway to Independence Career Transition Award (R00EB007129) aus dem National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering der National Institutes of Health (MJA).

Materials

Reagents and Equipment Company Catalogue number
EuCl3•6H2O Sigma-Aldrich 203254-5G
p-SCN-Bn-DTPA Macrocyclics B-305
ammonium hydroxide EMD AX1303-3
Spectra/Por Biotech Cellulose Ester (CE) Dialysis Membrane – 500 D MWCO Fisher Scientific 68-671-24
Millipore IC Millex-LG Filter Units Fisher Scientific SLLG C13 NL
xylenol orange tetrasodium salt Alfa Aesar 41379
acetic acid Fluka 49199
D2O Cambridge Isotope Laboratories, Inc. DLM-4-25
water purifier ELGA Purelab Ultra
high performance liquid chromatography and mass spectrometry Shimadzu LCMS-2010EV
relaxation time analyzer Bruker mq60 minispec
UV-vis spectrophotometer Fisher Scientific 20-624-00092
freeze dryer Fisher Scientific 10-030-133
pH meter Hanna Instruments HI 221
spectrofluorometer HORIBA Jobin Yvon Fluoromax-4
Molecular Weight Calculator version 6.46 by Matthew Monroe, downloaded October 17, 2009 http://ncrr.pnl.gov/software/ Molecular Weight Calculator

Referenzen

  1. Barge, A., Cravotto, G., Gianolio, E., Fedeli, F. How to determine free Gd and free ligand in solution of Gd chelates. A technical note. Contrast Med. Mol. Imaging. 1, 184-188 (2006).
  2. Nagaraja, T. N., Croxen, R. L., Panda, S., Knight, R. A., Keenan, K. A., Brown, S. L., Fenstermacher, J. D., Ewing, J. R. Application of arsenazo III in the preparation and characterization of an albumin-linked, gadolinium-based macromolecular magnetic resonance contrast agent. J. Neurosci. Methods. 157, 238-245 (2006).
  3. Supkowski, R. M., Horrocks, W. D. On the determination of the number of water molecules, q, coordinated to europium(III) ions in solution from luminescence decay lifetimes. Inorg. Chim. Acta. 340, 44-48 (2002).
  4. Menjoge, A. R., Kannan, R. M., Tomalia, D. A. Dendrimer-based drug and imaging conjugates: design considerations for nanomedical applications. Drug Discovery Today. 15, 171-185 (2010).
  5. Que, E. L., Chang, C. J. Responsive magnetic resonance imaging contrast agents as chemical sensors for metals in biology and medicine. Chem. Soc. Rev. 39, 51-60 (2010).
  6. Uppal, R., Caravan, P. Targeted probes for cardiovascular MR imaging. Future Med. Chem. 2, 451-470 (2010).
  7. Major, J. L., Meade, T. J. Bioresponsive, cell-penetrating, and multimeric MR contrast agents. Acc. Chem. Res. 42, 893-903 (2009).
  8. Datta, A., Raymond, K. N. Gd-hydroxypyridinone (HOPO)-based high-relaxivity magnetic resonance imaging (MRI) contrast agents. Acc. Chem. Res. 42, 938-947 (2009).
  9. León-Rodríguez, L. M. D., Lubag, A. J. M., Malloy, C. R., Martinez, G. V., Gillies, R. J., Sherry, A. D. Responsive MRI agents for sensing metabolism in vivo. Acc. Chem. Res. 42, 948-957 (2009).
  10. Castelli, D. D., Gianolio, E., Crich, S. G., Terreno, E., Aime, S. Metal containing nanosized systems for MR-molecular imaging applications. Coord. Chem. Rev. 252, 2424-2443 (2008).
  11. Caravan, P., Ellison, J. J., McMurry, T. J., Lauffer, R. B. Gadolinium(III) chelates as MRI contrast agents: structure, dynamics, and applications. Chem. Rev. 99, 2293-2352 (1999).
  12. Lauffer, R. B. Paramagnetic metal complexes as water proton relaxation agents for NMR imaging: theory and design. Chem. Rev. 87, 901-927 (1987).
  13. Yoo, B., Pagel, An overview of responsive MRI contrast agents for molecular imaging. Front. Biosci. 13, 1733-1752 (2008).
  14. Pandya, S., Yu, J., Parker, D. Engineering emissive europium and terbium complexes for molecular imaging and sensing. Dalton Trans. 23, 2757-2766 (2006).
  15. Nwe, K., Xu, H., Regino, C. A. S., Bernardo, M., Ileva, L., Riffle, L., Wong, K. J., Brechbiel, M. W. A new approach in the preparation of dendrimer-based bifunctional diethylenetriaminepentaacetic acid MR contrast agent derivatives. Bioconjugate Chem. 20, 1412-1418 (2009).
  16. Nwe, K., Bernardo, M., Regino, C. A. S., Williams, M., Brechbiel, M. W. Comparison of MRI properties between derivatized DTPA and DOTA gadolinium-dendrimer conjugates. Bioorg. Med. Chem. 18, 5925-5931 (2010).
  17. Caravan, P., Das, B., Deng, Q., Dumas, S., Jacques, V., Koerner, S. K., Kolodziej, A., Looby, R. J., Sun, W. -. C., Zhang, Z. A lysine walk to high relaxivity collagen-targeted MRI contrast agents. Chem. Commun. , 430-432 (2009).
  18. León-Rodríguez, L. M. D., Kovacs, Z. The synthesis and chelation chemistry of DOTA-peptide conjugates. Bioconjugate Chem. 19, 391-402 (2008).
  19. Boswell, C. A., Eck, P. K., Regino, C. A. S., Bernardo, M., Wong, K. J., Milenic, D. E., Choyke, P. L., Brechbiel, M. W. Synthesis, characterization, and biological evaluation of integrin αVβ3-targeted PAMAM dendrimers. Mol. Pharm. 5, 527-539 (2008).

Play Video

Diesen Artikel zitieren
Averill, D. J., Garcia, J., Siriwardena-Mahanama, B. N., Vithanarachchi, S. M., Allen, M. J. Preparation, Purification, and Characterization of Lanthanide Complexes for Use as Contrast Agents for Magnetic Resonance Imaging. J. Vis. Exp. (53), e2844, doi:10.3791/2844 (2011).

View Video