Preparazione, purificazione e caratterizzazione di complessi lantanidi per l'uso di agenti di contrasto per Risonanza Magnetica
Summary
Dimostriamo la metalation, purificazione e caratterizzazione di complessi di lantanidi. I complessi qui descritto può essere coniugato con macromolecole di attivare il rilevamento di queste molecole usando la risonanza magnetica.
Abstract
Polyaminopolycarboxylate a base di leganti sono comunemente utilizzati per chelare ioni lantanidi, ed i complessi risultanti sono utili come agenti di contrasto per risonanza magnetica (MRI). Molti ligandi disponibili in commercio sono particolarmente utili perché contengono gruppi funzionali che consentono veloci, elevata purezza e ad alto rendimento coniugazione a macromolecole e biomolecole attraverso esteri attivati ammina-reattiva e gruppi isotiocianato o tiolo-reattiva maleimides. Mentre metalation di questi ligandi è considerato conoscenza comune nel campo della chimica bioconjugation, sottili differenze nelle procedure metalation devono essere presi in considerazione nella scelta dei materiali metallici di partenza. Inoltre, più opzioni per la purificazione e la caratterizzazione esistono, e la scelta della procedura più efficace dipende in parte dalla selezione delle materie prime. Queste sottili differenze sono spesso trascurati nei protocolli pubblicati. Qui, il nostro obiettivo è quello di dimostrare metodi comuni per metalation, purificazione e caratterizzazione di complessi di lantanidi, che possono essere usati come agenti di contrasto per risonanza magnetica (Figura 1). Ci aspettiamo che questa pubblicazione permetteranno agli scienziati biomedici di incorporare le reazioni di complessazione lantanidi nel loro repertorio di reazioni comunemente usate dai facilitando la selezione delle materie prime e metodi di purificazione.
Protocol
Discussion
Dato il numero crescente di pubblicazioni che includono lantanidi a base di agenti di contrasto 4-14, è importante che la cura nella preparazione, purificazione e caratterizzazione dei prodotti per garantire risultati riproducibili e comparabili. Questi complessi sono spesso considerati difficili da purificare e caratterizzare rispetto alle molecole organiche a causa della loro natura paramagnetica e la sensibilità di gruppi funzionali che potrebbero essere utilizzati per bioconjugation. Abbiamo descritto i…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Noi riconosciamo con gratitudine fondi avvio da Wayne State University (MJA), una borsa di studio dalla Fondazione Americana per Aging Research (SMV), e un percorso di transizione Career Award Indipendenza (R00EB007129) dal National Institute of Biomedical Imaging e Bioingegneria del National Institutes della Sanità (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 |
References
- 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).
