-Magnetron gedreven Synthese van ijzeroxide nanopartikels voor snelle detectie van atherosclerose
Summary
Microwave technologie maakt extreem snelle synthese van ijzeroxide nanodeeltjes voor atherosclerose plaque karakterisering. Het gebruik van een aminobisphosphonate in de buitenzijde van de nanodeeltjes verschaft een snelle accumulatie in de atherosclerotische gebied.
Abstract
Een snelle en reproduceerbare microgolven aangedreven protocol is ontwikkeld voor de synthese van neridronaat gefunctionaliseerde nanodeeltjes. Uitgaande van de synthese van hydrofobe nanodeeltjes, is onze werkwijze gebaseerd op een aanpassing van thermische decompositie werkwijze magnetron aangedreven synthese. De nieuwe methode wordt verlaging van de reactietijden in vergelijking met de traditionele procedures. Bovendien is het gebruik van de microgolf technologie verhoogt de reproduceerbaarheid van de reacties, wat belangrijk vanuit het oogpunt van klinische toepassingen. De nieuwigheid van deze ijzeroxide nanodeeltjes is de bevestiging van neridronaat. Het gebruik van dit molecuul leidt een bisfosfonaat deel naar de buitenzijde van de nanodeeltjes die Ca 2+ biedt bindende eigenschappen in vitro en selectieve accumulatie in vivo in de atheroma plaque. Het protocol maakt de synthese en plaquedetectie in ongeveer 3 uur sinds de eerste synthese van organic precursors. De accumulatie ervan in de atherosclerotische gebied minder dan 1 uur heeft een contrastmiddel bijzonder geschikt voor klinische toepassingen.
Introduction
Atherosclerose is een multifactoriële chronische ontsteking van de vaatwand veroorzaakt door een gedereguleerde vetstofwisseling en een defecte ontstekingsreactie. Door de prevalentie en de economische en sociale kosten van deze en verwante hart- en vaatziekten is er een groeiende belangstelling voor het aanpakken van de pathologie nieuwe middelen, waarvan nanotechnologie is een van de meest veelbelovende. 1-3 Er zijn echter zeer weinig voorbeelden van snelle productie en karakterisering van probes die eenvoudig te vertalen naar de kliniek 4 in dit protocol gebruiken we een magnetron synthese ijzeroxide nanodeeltjes voor verdere functionalisering met een bisfosfonaat en in vivo detectie van atherosclerose bij ApoE -. / -. muizen in 1 uur 5 ijzeroxide nanodeeltjes (IONP) zijn een bekend nanomaterialen en het gebruik ervan als contrastmiddel voor magnetische resonantie beeldvorming (MRI) is vastgesteld voor de detectie van verschillende ziektens in de afgelopen jaren. 6-8
Magnetron synthese (MWS), maakt het synthetiseren nanodeeltjes in extreem korte tijden met een hoge reproduceerbaarheid en verbeterde opbrengsten. 9,10 In ons protocol krijgen we IONP met plaque targeting mogelijkheden in drie stappen. De uiteindelijke een is de bevestiging van een aminobisphosphonate, neridronaat, dat is de sleutel in onze strategie als gevolg van de calcium-bindende eigenschappen. Door de natuurlijke analoge pyrofosfaat (PPi), neridronaat is gebruikt bij de behandeling van osteogenesis imperfecta (OI) en de ziekte van Paget (VOB) vanwege hun hoge affiniteit voor botmineraal. 11-13
De drie stappen van het protocol zijn samengevat in schema 1. Stappen één en twee zijn uitgevoerd met behulp van microgolf-technologie. Eerste stap bieden oliezuur zuur beklede ijzeroxide nanodeeltjes (OA-IONP) door een modificatie van gepubliceerde werkwijzen. 14 Het protocol is een aanpassing aan de synthese van de magnetron traional thermische ontleding synthese. 15,16 Een mengsel dat Fe (acac) 3, oliezuur, oleylamine en 1,2-dodecaandiol opgelost in benzylalcohol en onderworpen aan twee verwarmingsprocessen. Zuivering wordt uitgevoerd wassen met EtOH en het verzamelen van de deeltjes met een Nd-Fe-B magneet om de overmaat oppervlakteactieve stoffen in het supernatant te elimineren. Vervolgens worden OA-IONP gestabiliseerd in CHCI3. Zoals verwacht, als gevolg van de zeer snelle verwarming, verwachte resultaten toonden aan dat de nanodeeltjes gesynthetiseerd door microgolf kleiner qua kern (3,7 ± 0,8 nm) en hydrodynamische grootte (7,5 nm) ten opzichte van traditionele thermische ontleding; echter nanodeeltjes presenteren nog steeds een uitstekende kristalliniteit.
De tweede stap bestaat uit een directe chemische modificatie van de dubbele band, aanwezig in het oliezuur, met een sterk oxidatiemiddel zoals KMnO4, de oorspronkelijke methodologie in onze groep werd aangepast voor MW omstandigheden.17 Een eerste fase vormt de complexen tussen MnO 4 – en een dubbele binding. Vervolgens werd een tweede trap onder zure omstandigheden, produceren de splitsing van het oliezuur molecule die azelaïnezuur-IONP. Na deze twee fasen van 9 min elk, wordt het monster gezuiverd, eerst wassen met NaHSO3 1% om de overmaat MnO 4 verminderen – tot MnO 2 en daarna met NaOH 1% om het zuur te neutraliseren.
Na de zuiveringsstap worden Azelaic-IONP gestabiliseerd in 10 mM fosfaatbuffer pH = 7,2. Deze buffer is de beste omgeving voor de colloïdale stabiliteit van de deeltjes vergelijkbaar met wat in de oorspronkelijke, thermische reactie. 18 Het gebruik van een magnetron voor de directe oxidatie van de dubbele binding in OA-IONP is een goed voorbeeld van de voordelen het gebruik van deze technologie in de synthese van nanodeeltjes. Met de klassieke methode de reactie duurt 24 uur, het gebruik van microgolf verminderen de Reactiop tijd 18 min. Bovendien is de microgolf-driven protocol toont een uitstekende reproduceerbaarheid geven nanodeeltjes met 30 ± 5 nm van hydrodynamische grootte na 4 herhalingen. Afgezien van de verandering van de hydrodynamische grootte, de zeta potentiaal is een goede parameter om snel de succes van de reactie. Door de aanwezigheid van de nieuwe carboxylgroepen in azelaïnezuur-IONP, de waarde van de zeta potentiaal ongeveer -44 mV, vergelijkbaar met de door de thermische benadering waarde.
Voor de bevestiging van neridronaat om Azelaic-IONP, wordt traditioneel EDC / sulfo-NHS vervoeging gebruikt. 19 Deze synthetische benadering is goed gevestigd sinds het gebruik van een geactiveerd carboxylaat met de sulfo-NHS verzekert colloïdale stabiliteit tijdens de reactie. Na eliminatie van fosfaatbuffer de reactie met neridronaat uitgevoerd in 1 mM HEPES buffer (pH ~ 7). De reactie maakt neridronaat-IONP met een hydrodynamische grootte van 40 ± 4 nm in een smalle grootteverdeling distribution en -24,1 mV van Zeta-potentiaal.
De procedure wordt beschreven voor snelle synthese van IONP in vivo visualisatie van atherosclerotische plaque, hoewel de uitvoerbaarheid van de werkwijze maakt de bevestiging van elke peptide / antilichaam met vrije aminen, onder dezelfde omstandigheden, voor verschillende doeleinden binnen T2-gewogen MRI contrastmiddel veld.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ijzeroxide nanodeeltjes (IONP) zijn één van de belangrijkste nanomaterialen en het is gebruikt voor verschillende toepassingen van lang geleden. Het gebruik van deze materialen als contrastmiddel voor magnetische resonantie beeldvorming (MRI) is een gevestigde gebied. Echter, de routes van synthese duren vaak meerdere tijd en de instelling is ingewikkeld. Door drastisch verminderen reactietijden en reproduceerbaarheid verhoogt het gebruik van microgolf-gestuurde synthese lijkt een goed alternatief voor de produktie va…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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).
Materials
| Microwave Explorer/Discover Hybrid-12 | CEM Corporation, USA | Any microwave for chemical synthesis can be used | |
| Disposable PD-10 desalting columns | GE Healthcare life sciences | 17-0851-01 | Any size exclusion column will work |
| Amicon®Ultra-0.5 ml | Merck Millipore Ltd | ||
| Calibrated pH meter | SI analytics | 285105127 | |
| Neodymium magnet | Aiman Gz | ND010B | |
| Vortex Genius 3 | IKA | 3340000 | |
| ZetaSizer Nano ZS | Malvern Instruments | ||
| Standard (macro) cell Optical glass | Labbox | 11718 | |
| Zetasizer nanoseries disponsable folded capillary cells DTS1070 | Malvern | ||
| Bruker Minispec mq60 | Bruker |
Riferimenti
- Patel, D. N., Bailey, S. R. Nanotechnology in cardiovascular medicine. Catheter. Cardiovasc. Interv. Off. J. Soc. Card. Angiogr. Interv. 69, 643-654 (2007).
- Zhao, X., Zhao, H., Chen, Z., Lan, M. Ultrasmall superparamagnetic iron oxide nanoparticles for magnetic resonance imaging contrast agent. J. Nanosci. Nanotechnol. 14, 210-220 (2014).
- Lee, D. E., et al. Multifunctional nanoparticles for multimodal imaging and theragnosis. Chem. Soc. Rev. 41, 2656 (2012).
- Osborne, E. A., et al. Rapid microwave-assisted synthesis of dextran-coated iron oxide nanoparticles for magnetic resonance imaging. Nanotechnology. 23, (2012).
- Pellico, J., et al. Microwave-driven synthesis of bisphosphonate nanoparticles allows in vivo visualisation of atherosclerotic plaque. RSC Adv. 5, 1661-1665 (2015).
- Lin, M. M., Kim, D. K., El Haj, A. J., Dobson, J. Development of superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONS) for translation to clinical applications. IEEE Trans. Nanobioscience. 7, 298-305 (2008).
- Gupta, A. K., Gupta, M. Synthesis and surface engineering of iron oxide nanoparticles for biomedical applications. Biomaterials. 26, 3995-4021 (2005).
- Liu, F., Laurent, S., Fattahi, H., Vander Elst, L., Muller, R. N. Superparamagnetic nanosystems based on iron oxide nanoparticles for biomedical imaging. Nanomed. 6, 519-528 (2011).
- Carenza, E., et al. Rapid synthesis of water-dispersible superparamagnetic iron oxide nanoparticles by a microwave-assisted route for safe labeling of endothelial progenitor cells. Acta Biomater. 10, 3775-3785 (2014).
- Osborne, E. A., et al. Rapid microwave-assisted synthesis of dextran-coated iron oxide nanoparticles for magnetic resonance imaging. Nanotechnology. 23, 215602 (2012).
- Gatti, D., Rossini, M., Viapiana, O., Idolazzi, L., Adami, S. Clinical development of neridronate: potential for new applications. Ther. Clin. Risk Manag. 9, 139-147 (2013).
- Drake, M. T., Clarke, B. L., Khosla, S. Bisphosphonates: mechanism of action and role in clinical practice. Mayo Clin Proc. 83, 1032-1045 (2008).
- Devogelaer, J. P. Treatment of bone diseases with bisphosphonates, excluding osteoporosis. Curr. Opin. Rheumatol. 12, 331-335 (2000).
- Pascu, O., et al. Surface Reactivity of Iron Oxide Nanoparticles by Microwave-Assisted Synthesis; Comparison with the Thermal Decomposition Route. J. Phys. Chem. C. 116, 15108-15116 (2012).
- Sun, S., Zeng, H. Size-Controlled Synthesis of Magnetite Nanoparticles. J. Am. Chem. Soc. 124, 8204-8205 (2002).
- Hyeon, T., Lee, S. S., Park, J., Chung, Y., Na, H. B. Synthesis of highly crystalline and monodisperse maghemite nanocrystallites without a size-selection process. J. Am. Chem. Soc. 123, 12798-12801 (2001).
- Herranz, F., Morales, M. P., Roca, A. G., Vilar, R., Ruiz-Cabello, J. A new method for the aqueous functionalization of superparamagnetic Fe 2 O 3 nanoparticles. Contrast Media Mol. Imaging. 3, 215-222 (2008).
- Herranz, F., Morales, M. P., Roca, A. G., Desco, M., Ruiz-Cabello, J. A new method for the rapid synthesis of water stable superparamagnetic nanoparticles. Chem. Weinh. Bergstr. Ger. 14, 9126-9130 (2008).
- Herranz, F., et al. Superparamagnetic iron oxide nanoparticles conjugated to a grass pollen allergen and an optical probe. Contrast Media Mol. Imaging. 7, 435-439 (2012).
