アテローム性動脈硬化症の高速検出のための酸化鉄ナノ粒子のマイクロ波駆動型の合成

Summary

マイクロ波技術は、アテローム性動脈硬化症のプラークの特徴付けのための酸化鉄ナノ粒子の非常に高速な合成を可能にします。ナノ粒子の外部側のアミノビスフォスフォネートの使用は、アテローム性動脈硬化症領域での高速蓄積を提供します。

Abstract

迅速かつ再現可能なマイクロ波駆動型プロトコルはネリドロネート官能化ナノ粒子の合成のために開発されました。疎水性ナノ粒子の合成から出発し、私たちの方法は、マイクロ波駆動の合成と熱分解法から適応に基づいています。新しい方法論は、従来の手順と比較して反応時間の減少を生成します。また、マイクロ波技術の使用は、臨床応用の観点から重要な何かを反応の再現性を向上させます。この酸化鉄ナノ粒子の新規性は、ネリドロネートの結合です。この分子の使用は、Caを提供し、ナノ粒子²⁺ vitroおよびアテロームプラークのin vivoでの選択的蓄積の結合特性の外側に向かってビスホスホネート部分をリードしています。プロトコルはorganiから初期合成以来、約3時間での合成およびプラークの検出を可能にしますC前駆体。 1時間未満でのアテローム性動脈硬化症の領域での蓄積は、臨床用途に特に適した造影剤を提供します。

Introduction

アテローム性動脈硬化症は、無秩序な脂質代謝不良炎症反応から生じる動脈壁の多因子の慢性炎症性疾患です。罹患率およびこれと関連する心血管疾患の経済的・社会的コストにナノテクノロジーは最も有望なの一つとなっている新しいツール、との病理に対処する上で関心が高まっている^。1-3。しかし、高速の非常に少数の例があります診療所への変換のための基本であるプローブの産生および特徴⁴このプロトコルでは、我々はビスホスホネートとし、アポEにおけるアテローム性動脈硬化症のin vivo検出のさらなる官能化のために酸化鉄ナノ粒子のマイクロ波合成を使用する^{– 。/ –} 。1時間のマウスを⁵酸化鉄ナノ粒子（IONP）はよく知られているナノ材料および磁気共鳴画像（MRI）用の造影剤としての使用の異なる疾患の検出のために確立されています最後の年での^6-8

マイクロ波合成（MWS）は、高い再現性と強化された収率で非常に短い時間でナノ粒子を合成することができます。私たちのプロトコルでは^9,10我々はプラークは3つのステップで機能を標的とするIONPを得ます。最後の一つは、そのカルシウム結合特性のために私たちの戦略の鍵であるアミノビスフォスフォネート、ネリドロネート、のアタッチメントです。それらの天然のアナログピロリン酸（PPI）のために、ネリドロネートは骨形成不全（OI）及び骨のパジェット病骨に対するそれらの高い親和性（PDB）の治療に使用されている^。11-13

プロトコルの3つのステップが1ステップ1および2は、マイクロ波技術を用いて行われるスキームに要約されています。最初のステップは、公表された方法の修飾によって、オレイン酸被覆酸化鉄ナノ粒子（OA-IONP）を提供する^。14プロトコルはtraditのマイクロ波合成に適応したものですional熱分解合成^。15,16の_{Fe（ACAC）3を}含有_する混合物、オレイン酸、オレイルアミン、1,2-ドデカンジオールをベンジルアルコールに溶解し、2つの加熱工程に供されます。精製をEtOHで洗浄し、上清中の界面活性剤の過剰を除去するためにNd-Fe-B磁石で粒子を収集が行われます。その後、OA-IONPをCHCl ₃で安定化されます。非常に高速加熱に、予想されたように、予想される結果は、マイクロ波によって合成されたナノ粒子は、コア（3.7±0.8 nm）で、伝統的な熱分解と比較して、流体力学的サイズ（7.5 nm）との点で小さくなっていることを示しました。しかし、ナノ粒子は、依然として良好な結晶性を提示します。

第二段階は、我々のグループで開発したオリジナルの方法論は、MWの条件のために変更された、のKMnO ₄のような強力な酸化剤を使用して、オレイン酸中に存在する二重結合の直接的な化学修飾、で構成されています。二重結合^– 17第一段階はのMnO ₄との間の複合体を形成しています。その後、酸性条件下での第二段階は、アゼライン酸IONPを与えるオレイン酸分子の切断を生成します。酸を中和するのMnO ₂を、次いで水酸化ナトリウム1％ ^– 10分間それぞれのこれらの二つの段階の後、サンプルはのMnO ₄の過剰を減少させるためのNaHSO ₃の1％で精製し、最初の洗浄です。

精製工程、アゼライン-IONP後、10 mMリン酸緩衝液pH = 7.2で安定化されます。このバッファは、同様にオリジナルの、熱反応で起こったことへの粒子のコロイド安定性のための最高の環境です^{。18は、OA-IONP}に含まれる二重結合の直接酸化のためのマイクロ波を使用することは利点の非常に良い例ですナノ粒子の合成は、この技術を使用します。反応は24時間を取る古典的な方法では、マイクロ波の利用はをReactiを減少させます18分までの時間に。また、マイクロ波駆動型プロトコルは、4回繰り返した後、流体力学的サイズの30±5 nmのでナノ粒子を与える優れた再現性を示しています。流体力学的サイズの変化離れて、ゼータ電位は素早く反応の成功を確認する良いパラメータです。アゼライン-IONPで新しいカルボキシル基の存在のために、ゼータ電位の値は、熱的なアプローチにより得られた値に24 -44 mVで、非常に類似しています。

アゼライン-IONPにネリドロネートの付着のために、伝統的なEDC /スルホ-NHS結合が使用される。この合成アプローチは、十分に確立されている¹⁹で活性化カルボキシレートを使用するので、スルホ-NHSは、反応中にコロイド安定性を確保します。リン酸緩衝液の除去は、ネリドロネートとの反応は、1mMのHEPES緩衝液中で行われた後（pH約7）。反応は狭いサイズ競合製品で40±4nmの流体力学的サイズとネリドロネート-IONPをレンダリングibutionとゼータ電位の-24.1 mVの。

この方法の実現可能性は、同じ条件を用いて、遊離アミンを持つ任意のペプチド/抗体の結合を可能にするが、手順は、T ₂強調造影剤MRI内で異なる目的のために、動脈硬化性プラークのin vivo可視化のためのIONPの高速合成について記載されていますフィールド。

Protocol

試薬の調製 100mlの蒸留水にHEPESの23.8ミリグラムを溶解させる1 mMのHEPESバッファーを準備します。 pHを7に調整します。 10％のNaHSO 3を 100mlの蒸留水にのNaHSO 3の10グラムを溶解準備します。 15分間混合物を撹拌しました。 水100mlに水酸化ナトリウム1gを溶解するのNaOH溶液を調製します。 10分間攪拌します。 水1LでのNaH 2 PO 4の600 mgの溶解…

Representative Results

このプロトコルでは、三つの異なるIONPの合成が記載されています。疎水性のOA-IONPから出発し、水性安定したナノ粒子は、マイクロ波駆動型合成の助けを借りて得られます。すべてのナノ粒子は、非常に狭いサイズ分布（ 図1c）で超小型流体力学的サイズ（DH <50 nm）を示しました。マイクロ波技術の使用は、コアサイズの点で超小型のナノ粒子をレンダ…

Discussion

酸化鉄ナノ粒子（IONP）最も重要なナノ物質の一つであり、それは、昔からの異なる用途に使用されてきました。磁気共鳴イメージング（MRI）用の造影剤としてのこれらの材料の使用は、十分に確立された分野です。しかし、合成の経路は、多くの場合、いくつかの時間がかかるし、設定が複雑です。劇的に反応時間を短縮し、再現性を高めるによるマイクロ波駆動型合成の使用は、高品質の…

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