סינתזה של 68המשחק מסטול-הליבה תחמוצת ברזל חלקיקים עבור כפול טומוגרפיית פליטת פוזיטרונים/דימות תהודה מגנטית (T1)
Summary
כאן, אנו מציגים את פרוטוקול כדי להשיג68Ga מסטול-הליבה תחמוצת ברזל חלקיקים באמצעות מונחי מיקרוגל מהר סינתזה. המתודולוגיה רינדור PET/חלקיקים MRI (T1) עם radiolabeling יעילות גבוהה יותר 90% וטוהר רדיוכימי 99% ב- 20-מין סינתזה.
Abstract
כאן, אנו מתארים סינתזה מיקרוגל להשיג חלקיקי תחמוצת ברזל הליבה-מסטול עם 68מיקרוגל ga. הטכנולוגיה מאפשרת מהר ונהלים סינתטית לשחזור. במקרה זה, החל מ- FeCl3 וציטראט trisodium מלח, חלקיקי תחמוצת ברזל מצופה עם חומצה ציטרית מתקבלים תוך עשר דקות במיקרוגל. חלקיקים אלה מציגים בגודל קטן הליבה של 4.2 ± 1.1 nm וגודל hydrodynamic של 7.5 ± 2.1 ננומטר. יתר על כן, יש להם ערך גבוה אורכית relaxivity (r1) של 11.9 מ מ-1·s-1 וערך relaxivity ואלכסוני צנוע (r2) של 22.9 מ מ-1·s-1, דבר המתבטא-r נמוך2 /r1 יחס של 1.9. ערכים אלה מאפשרים דור ניגודיות חיובי דימות תהודה מגנטית (MRI) במקום ניגוד שלילי, נפוץ עם חלקיקי תחמוצת ברזל. בנוסף, אם • תנאי 68GaCl3 מ 68ג ‘ נרל אלקטריק /68Ga מחולל מתווסף חומרי המוצא, ננו-radiotracer עם 68המשחק מסטול מתקבל. המוצר מתקבל עם תשואה גבוהה radiolabeling (> 90%), ללא קשר הפעילות הראשונית בשימוש. יתר על כן, צעד בודד טיהור רינדור של הננו-radiomaterial מוכן להיות בשימוש ויוו.
Introduction
השילוב של טכניקות הדמיה למטרות רפואיות עורר בחיפוש אחר שיטות שונות לסנתז רגשים עם מודאלים מרובים1,2,3. בשל הרגישות של טומוגרפיית פליטת פוזיטרונים (PET) סורקים את הרזולוציה המרחבית של MRI, PET/MRI שילובים נראה אחת האפשרויות הכי אטרקטיבי, מתן מידע אנטומי פונקציונלי באותו זמן4. ב- MRI, T2-רצפים משוקלל יכולים לשמש, הכהיה הרקמות שבו הם נצברים. T1-רצפים משוקלל עשוי לשמש גם, בהפקת התבהרות של מיקום הצטברות ספציפי5. ביניהם, ניגודיות חיובית לעתים קרובות האפשרות המתאים ביותר, כמו ניגודיות שלילי עושה את זה הרבה יותר קשה להבדיל בין האות מאזורים hypointense אנדוגני, כולל אלה לעיתים קרובות שהוצגו על ידי איברים כגון הריאות6. באופן מסורתי, יש כבר מועסקים מבוסס-Gd הגששים מולקולרית כדי לקבל חדות חיובי. עם זאת, Gd מבוססי סוכנים בניגוד מציגים חיסרון גדול, כלומר את הרעילות שלהם, אשר חיוני בחולים עם בעיות עם הכליות-7,–8,–9. יש מחקר מוטיבציה בסינתזה של חומרים מסתיימים לשימוש שלהם כסוכני ניגודיות1 T. גישה מעניינת הוא השימוש של תחמוצת ברזל חלקיקים (IONPs), עם גודל קטן מאוד הליבה, המספקים ניגודיות חיובית10. עקב הגרעין קטן מאוד (~ 2 ננומטר), ברוב של3 + יונים נמצאים על פני השטח, עם 5 אלקטרונים אינטראקצית בכל פה. פעולה זו מגדילה את ערכי בזמן רגיעה האורך (r1) ולהוריד תשואות הרבה מנוגדים/האורך (r2/r1) יחסי לעומת IONPs המסורתי, בהפקת יבויחה הרצוי לעומת זאת11.
כדי לשלב את IONPs עם פולט פוזיטרון עבור חיית המחמד, יש שתי בעיות מפתח לקחת בחשבון: הבחירות radioisotope ו ננו-חלקיק radiolabeling. בנוגע לנושא הראשון, 68Ga הוא בחירה מפתה. יש תוחלת חיים קצרה יחסית (67.8 דקות). זמן מחצית החיים שלה מתאים פפטיד תיוג מאז שהוא תואם משותף פפטיד biodistribution פעמים. יתר על כן, 68Ga מיוצר גנרטור, נמנע הצורך ציקלוטרון בקרבת מקום12,13,14וקובע את הסינתזה במודולים ספסל. על מנת radiolabel של ננו-חלקיק, תיוג משטח ההתאגדות radioisotope יש האסטרטגיה ונפוצים. ניתן לבצע זאת בעזרת ליגנד זה chelates 68Ga או מנצל זיקתו של radiometal לכיוון פני השטח של ננו-חלקיק. רוב הדוגמאות בספרות בנוגע IONPs משתמשים chelator. יש דוגמאות של שימוש ליגנדים אורגנית כגון חומצה 1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetraacetic (דוטה)15,16,(NOTA) חומצה 1,4,7-triazacyclononane-1,4,7-triacetic171,4,7- triazacyclononane 1-glutaric חומצה חומצה-4, 7-אצטית (NODAGA)18, השימוש של 2, 3-dicarboxypropane-1, 1-diphosphonic חומצה (למל מ), ליגנד tetradentate 19. . Madru et al. 20 שפותחה chelator נטולת אסטרטגיה בשנת 2014 תווית IONPs באמצעות שיטה ללא chelator בשימוש על ידי אחר לקבץ posteriorly21.
עם זאת, החסרונות העיקריים של גישה זו כוללות סיכון גבוה של transmetalation ויוו , נמוך התשואות radiolabeling ופרוטוקולי ממושך מתאים איזוטופים קצרת ימים22,23,24. מסיבה זו, וונג. et al. 25 פיתח את הדוגמא הראשונה של חלקיקים מסטול-ליבה, ניהול לשלב 64Cu הליבה של IONPs ב 5-מין סינתזה באמצעות טכנולוגיית מיקרוגל.
כאן, אנו מתארים הליך מהיר ויעיל כדי לשלב את רדיונוקלידים הליבה של ננו-חלקיק, להתחמק רבים החסרונות שהוצגו על ידי שיטות מסורתיות. למטרה זו, אנו מציעים את השימוש מונחי מיקרוגל סינתזה (MWS), אשר מפחיתה משמעותית את זמני התגובה, מגביר את התשואות ומגביר את הפארמצבטית, חשובה ביותר בפרמטרים סינתזה IONP. הביצועים מעודן של MWS הוא עקב חימום דיאלקטרי: דגימה מהיר חימום הדיפולים מולקולרית מנסים להתיישר עם השדה החשמלי לסירוגין, להיות ממיסים קוטבי, ריאגנטים יעיל יותר עבור סוג זה של סינתזה. בנוסף, השימוש של חומצה ציטרית חומרים פעילי שטח, יחד עם מיקרוגל טכנולוגיה, התוצאה היא חלקיקים קטן מאוד, בהפקת T כפול1-משוקלל אות26 MRI/חיית המחמד, במסמך זה מסומן בתור תחמוצת ברזל הליבה המשחק מסטול 68 חלקיקים (68Ga-C-IONP).
הפרוטוקול משלב השימוש בטכנולוגיה מיקרוגל, 68GaCl3 פולט פוזיטרון, ברזל כלוריד, סודיום ציטרט ו מימה הידרזין, וכתוצאה מכך T כפול1-משוקלל MRI/PET nanoparticulate בחומר בקושי 20 דקות. יתר על כן, זה מניב תוצאות עקביות על טווח של 68פעילויות Ga (37 MBq, 111 MBq, 370 MBq ו 1110 MBq) ללא תופעות משמעותיות על מאפיינים physicochemical הראשי של חלקיקים. הפארמצבטית של השיטה באמצעות פעילויות Ga גבוהה 68מרחיב בתחום היישומים האפשריים, כולל מודלים בעלי חיים גדולים או מחקרים בבני אדם. בנוסף, יש שלב טיהור יחיד כלולים השיטה. בתהליך, יש עודף של גליום חינם, ברזל כלוריד סודיום ציטרט, מימה הידרזין יוסרו על ידי סינון ג’ל. איזוטופ חינם הכולל חיסול והטוהר של המדגם להבטיח לא רעילות ולשפר את הרזולוציה הדמיה. בעבר, אנחנו שכבר הדגמתי את התועלת של גישה זו יישוב מולקולרית הדמיה27,28.
Protocol
Representative Results
Discussion
חלקיקי תחמוצת ברזל הם סוכן ניגודיות לצפותו עבור T2-משוקלל MRI. עם זאת, בשל החסרונות של סוג זה של ניגודיות לאבחון של פתולוגיות מסוימות, T1-חדות משוקלל או בהירים היא המועדפת פעמים רבות. חלקיקים שהוצגו כאן לא רק להתגבר על מגבלות אלה על-ידי המציע ניגודיות חיובי ב- MRI אלא מציעים גם אות בטכ…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה נתמך על ידי מענק ממשרד ספרדית עבור הכלכלה ואת התחרותיות (MEyC) (מענק מספר: SAF2016-79593-P) מ מכון המחקר הבריאות של קרלוס השלישי (להעניק מספר: DTS16/00059). CNIC הוא נתמך על ידי Ministerio דה Ciencia, Innovación y Universidades) ושל קרן CNIC Pro הוא Severo אוצ’ואה כמרכז למצוינות (MEIC זוכה פרס SEV-2015-0505).
Materials
| Iron (III) chloride hexahydrate | POCH | 2317294 | |
| Citric acid, trisodium salt dihydrate 99% | Acros organics | 227130010 | |
| Hydrazine hydrate | Aldrich | 225819 | |
| Hydrochloric acid 37% | Fisher Scientific | 10000180 | |
| Sodium dihydrogen phosphate monohydrate | Aldrich | S9638 | |
| Disodium phosphate dibasic | Aldrich | S7907 | |
| Sodium chloride | Aldrich | 746398 | |
| Sodium Azide | Aldrich | S2002 | |
| Sodium dihydrogen phosphate anhydrous | POCH | 799200119 | |
| 68Ga Chloride | ITG Isotope Technologies Garching GmbH, Germany | 68Ge/68Ga generator system | |
| Microwave | Anton Paar | Monowave 300 | |
| Centrifuge | Hettich | Universal 320 | |
| Size Exclusion columns | GE Healthcare | PD-10 |
Referências
- Jennings, L. E., Long, N. J. ‘Two is better than one’–probes for dual-modality molecular imaging. Chemical Communications. (24), 3511-3524 (2009).
- Lee, S., Chen, X. Dual-modality probes for in vivo molecular imaging. Molecular Imaging. 8 (2), 87-100 (2009).
- Louie, A. Multimodality Imaging Probes: Design and Challenges. Chemical Reviews. 110 (5), 3146-3195 (2010).
- Judenhofer, M. S., et al. Simultaneous PET-MRI: a new approach for functional and morphological imaging. Nature Medicine. 14 (4), 459-465 (2008).
- Burtea, C., Laurent, S., Vander Elst, L., Muller, R. N. Contrast agents: magnetic resonance. Handbook of Experimental Pharmacology. (185 Pt 1), 135-165 (2008).
- Zhao, X., Zhao, H., Chen, Z., Lan, M. Ultrasmall superparamagnetic iron oxide nanoparticles for magnetic resonance imaging contrast agent. Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 14 (1), 210-220 (2014).
- Cheng, W., et al. Complementary Strategies for Developing Gd-Free High-Field T 1 MRI Contrast Agents Based on Mn III Porphyrins. Journal of Medicinal Chemistry. 57 (2), 516-520 (2014).
- Kim, H. -. K., et al. Gd-complexes of macrocyclic DTPA conjugates of 1,1′-bis(amino)ferrocenes as high relaxivity MRI blood-pool contrast agents (BPCAs). Chemical Communications. 46 (44), 8442 (2010).
- Sanyal, S., Marckmann, P., Scherer, S., Abraham, J. L. Multiorgan gadolinium (Gd) deposition and fibrosis in a patient with nephrogenic systemic fibrosis–an autopsy-based review. Nephrology, Dialysis, Transplantation: Official Publication of the European Dialysis and Transplant Association – European Renal Association. 26 (11), 3616-3626 (2011).
- Hu, F., Jia, Q., Li, Y., Gao, M. Facile synthesis of ultrasmall PEGylated iron oxide nanoparticles for dual-contrast T1- and T2-weighted magnetic resonance imaging. Nanotechnology. 22, 245604 (2011).
- Kim, B. H., et al. Large-Scale Synthesis of Uniform and Extremely Small-Sized Iron Oxide Nanoparticles for High-Resolution T 1 Magnetic Resonance Imaging Contrast Agents. Journal of the American Chemical Society. 133 (32), 12624-12631 (2011).
- Banerjee, S. R., Pomper, M. G. Clinical applications of Gallium-68. Applied Radiation and Isotopes. 76, 2-13 (2013).
- Breeman, W. A. P., et al. 68Ga-labeled DOTA-Peptides and 68Ga-labeled Radiopharmaceuticals for Positron Emission Tomography: Current Status of Research, Clinical Applications, and Future Perspectives. Seminars in Nuclear Medicine. 41 (4), 314-321 (2011).
- Morgat, C., Hindié, E., Mishra, A. K., Allard, M., Fernandez, P. Gallium-68: chemistry and radiolabeled peptides exploring different oncogenic pathways. Cancer Biotherapy & Radiopharmaceuticals. 28 (2), 85-97 (2013).
- Moon, S. -. H., et al. Development of a complementary PET/MR dual-modal imaging probe for targeting prostate-specific membrane antigen (PSMA). Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine. 12 (4), 871-879 (2016).
- Kim, S. M., et al. Hybrid PET/MR imaging of tumors using an oleanolic acid-conjugated nanoparticle. Biomaterials. 34 (33), 8114-8121 (2013).
- Yang, B. Y., et al. Development of a multimodal imaging probe by encapsulating iron oxide nanoparticles with functionalized amphiphiles for lymph node imaging. Nanomedicine. 10 (12), 1899-1910 (2015).
- Comes Franchini, M., et al. Biocompatible nanocomposite for PET/MRI hybrid imaging. International Journal of Nanomedicine. 7, 6021 (2012).
- Karageorgou, M., et al. Gallium-68 Labeled Iron Oxide Nanoparticles Coated with 2,3-Dicarboxypropane-1,1-diphosphonic Acid as a Potential PET/MR Imaging Agent: A Proof-of-Concept Study. Contrast Media & Molecular Imaging. 2017, 1-13 (2017).
- Madru, R., et al. (68)Ga-labeled superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) for multi-modality PET/MR/Cherenkov luminescence imaging of sentinel lymph nodes. American Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 4 (1), 60-69 (2013).
- Lahooti, A., et al. PEGylated superparamagnetic iron oxide nanoparticles labeled with 68Ga as a PET/MRI contrast agent: a biodistribution study. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 311 (1), 769-774 (2017).
- Lee, H. -. Y., et al. PET/MRI dual-modality tumor imaging using arginine-glycine-aspartic (RGD)-conjugated radiolabeled iron oxide nanoparticles. Journal of Nuclear Medicine. 49 (8), 1371-1379 (2008).
- Patel, D., et al. The cell labeling efficacy, cytotoxicity and relaxivity of copper-activated MRI/PET imaging contrast agents. Biomaterials. 32 (4), 1167-1176 (2011).
- Choi, J., et al. A Hybrid Nanoparticle Probe for Dual-Modality Positron Emission Tomography and Magnetic Resonance Imaging. Angewandte Chemie International Edition. 47 (33), 6259-6262 (2008).
- Wong, R. M., et al. Rapid size-controlled synthesis of dextran-coated, 64Cu-doped iron oxide nanoparticles. ACS Nano. 6 (4), 3461-3467 (2012).
- Osborne, E. A., et al. Rapid microwave-assisted synthesis of dextran-coated iron oxide nanoparticles for magnetic resonance imaging. Nanotechnology. 23 (21), 215602 (2012).
- Pellico, J., et al. Fast synthesis and bioconjugation of 68 Ga core-doped extremely small iron oxide nanoparticles for PET/MR imaging. Contrast Media & Molecular Imaging. 11 (3), 203-210 (2016).
- Pellico, J., et al. In vivo imaging of lung inflammation with neutrophil-specific 68Ga nano-radiotracer. Scientific Reports. 7 (1), 13242 (2017).
