Voorbereiding, Zuivering en karakterisering van lanthanide-complexen voor gebruik als contraststoffen voor Magnetic Resonance Imaging
Summary
We tonen de metalation, zuivering en karakterisering van lanthanide-complexen. De complexen hier beschreven kunnen worden geconjugeerd aan macromoleculen om het volgen van deze moleculen met behulp van magnetische resonantie beeldvorming.
Abstract
Polyaminopolycarboxylate-gebaseerde liganden worden vaak gebruikt om lanthanide-ionen-chelaat, en de resulterende complexen zijn bruikbaar als contrastmiddelen voor magnetische resonantie beeldvorming (MRI). Veel commercieel verkrijgbare liganden zijn bijzonder nuttig omdat ze functionele groepen bevatten die het mogelijk maken voor snelle, hoge zuiverheid en hoge opbrengst conjugatie van macromoleculen en biomoleculen via amine-reactieve geactiveerde esters en isothiocyanaatgroepen groepen of thiol-reactieve maleïmiden. Terwijl metalation van deze liganden wordt beschouwd als gemeenschappelijke kennis op het gebied van de bioconjugation chemie, subtiele verschillen in de metalation procedures moet rekening worden gehouden bij de keuze van metaal uitgangsmateriaal. Bovendien meerdere opties voor de zuivering en karakterisering bestaan, en selectie van de meest doeltreffende procedure gedeeltelijk afhankelijk van de keuze van de grondstoffen. Deze subtiele verschillen zijn vaak verwaarloosd in gepubliceerde protocollen. Hier is ons doel om aan te tonen gemeenschappelijke methoden voor het metalation, zuivering en karakterisering van lanthanide complexen die kunnen worden gebruikt als contrastmiddelen voor MRI (figuur 1). We verwachten dat deze publicatie in staat zal stellen biomedische wetenschappers lanthanide complexatie reacties te nemen in hun repertoire van de meest gebruikte reacties door het verlichten van de selectie van de grondstoffen-en zuiveringsmethoden.
Protocol
Discussion
Gezien het toenemende aantal publicaties dat lanthanide-gebaseerde contrastmiddelen 4-14 omvatten, is het belangrijk dat zorg wordt besteed bij de voorbereiding, het zuiveren en karakteriseren van producten aan reproduceerbare en vergelijkbare resultaten te garanderen. Deze complexen worden vaak beschouwd als een uitdaging om te zuiveren en ten opzichte van organische moleculen als gevolg van hun paramagnetisch de natuur en de gevoeligheid van een functionele groepen die kunnen worden gebruikt voor bioconjuga…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wij dankbaar erkennen het opstarten van fondsen van Wayne State University (MJA), een subsidie van de Amerikaanse Foundation for Aging Research (SMV) en een Pathway to Independence Career Transition Award (R00EB007129) van het National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering van de 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 |
Referencias
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Uppal, R., Caravan, P. Targeted probes for cardiovascular MR imaging. Future Med. Chem. 2, 451-470 (2010).
- Major, J. L., Meade, T. J. Bioresponsive, cell-penetrating, and multimeric MR contrast agents. Acc. Chem. Res. 42, 893-903 (2009).
- Datta, A., Raymond, K. N. Gd-hydroxypyridinone (HOPO)-based high-relaxivity magnetic resonance imaging (MRI) contrast agents. Acc. Chem. Res. 42, 938-947 (2009).
- 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).
- 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).
- 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).
- Lauffer, R. B. Paramagnetic metal complexes as water proton relaxation agents for NMR imaging: theory and design. Chem. Rev. 87, 901-927 (1987).
- Yoo, B., Pagel, An overview of responsive MRI contrast agents for molecular imaging. Front. Biosci. 13, 1733-1752 (2008).
- Pandya, S., Yu, J., Parker, D. Engineering emissive europium and terbium complexes for molecular imaging and sensing. Dalton Trans. 23, 2757-2766 (2006).
- 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).
- 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).
- 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).
- León-Rodríguez, L. M. D., Kovacs, Z. The synthesis and chelation chemistry of DOTA-peptide conjugates. Bioconjugate Chem. 19, 391-402 (2008).
- 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).
