توليف يحركها الميكروويف من أكسيد الحديد النانوية لكشف سريع من تصلب الشرايين
Summary
تكنولوجيا الميكروويف تمكن توليف سريع للغاية من جزيئات أكسيد الحديد لتوصيف تصلب الشرايين اللوحة. استخدام وسيلة aminobisphosphonate في الجانب الخارجي للجسيمات متناهية الصغر يوفر تراكم سريع في مجال تصلب الشرايين.
Abstract
وقد تم وضع بروتوكول سريع ومتكرر يحركها الميكروويف لتوليف النانوية functionalized neridronate. بدءا من توليف النانوية مسعور، ويستند أسلوب لدينا على التكيف من طريقة التحلل الحراري لتركيب الميكروويف مدفوعة. منهجية جديدة تنتج انخفاضا في أوقات رد الفعل في مقارنة مع الإجراءات التقليدية. وعلاوة على ذلك، واستخدام تكنولوجيا الميكروويف يزيد من استنساخ ردود الفعل، شيء مهم من وجهة نظر من التطبيقات السريرية. حداثة هذا جسيمات متناهية الصغر أكسيد الحديد هو مرفق من Neridronate. استخدام هذا الجزيء يؤدي شاردة البايفوسفونيت نحو الخارج من جسيمات متناهية الصغر التي توفر الكالسيوم 2+ العقارات في المختبر، وتراكم انتقائية ملزمة في الجسم الحي في اللوحة عصيدة. يسمح البروتوكول التوليف والكشف عن اللوحة في حوالي 3 ساعات منذ التوليف الأولي من ORGANIالسلائف ج. تراكمها في مجال تصلب الشرايين في أقل من 1 ساعة يوفر عامل تباين مناسبة بشكل خاص للتطبيقات السريرية.
Introduction
تصلب الشرايين هو مرض التهابي مزمن متعدد العوامل من جدران الشرايين الناتجة عن التمثيل الغذائي للدهون حررت والاستجابة الالتهابية المعيبة. نظرا لانتشار والتكاليف الاقتصادية والاجتماعية لهذا وما يتصل بها من أمراض القلب والأوعية الدموية هناك اهتمام متزايد في معالجة أمراض بأدوات جديدة، منها تكنولوجيا النانو هو واحد من أكثر واعدة. 1-3 ولكن هناك أمثلة قليلة جدا سريع إنتاج وتوصيف تحقيقات الذي هو أساسي للترجمة إلى العيادة 4 في هذا البروتوكول واستخدام توليفة الميكروويف من جسيمات متناهية الصغر أكسيد الحديد لمزيد من functionalization مع البايفوسفونيت وفي الكشف فيفو تصلب الشرايين في APOE – / – الفئران في 1 ساعة 5 الحديد النانوية أكسيد (IONP) هي المواد متناهية الصغر المعروفة واستخدامه كعامل النقيض للالتصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) أنشئت للكشف عن أمراض مختلفةالصورة في السنوات الماضية. 6-8
تركيب الموجات الدقيقة (MWS)، يسمح تجميع الجسيمات النانوية في أوقات قصيرة للغاية مع استنساخ عالية وعوائد محسنة. 9،10 في بروتوكول لدينا نحصل على IONP مع لوحة تستهدف القدرات في ثلاث خطوات. واحد الأخير هو مرفق من aminobisphosphonate، Neridronate، وهو أمر أساسي في استراتيجيتنا نظرا لخصائص ملزم الكالسيوم لها. بسبب من بيروفوسفات التماثلية الطبيعية (نقطة في البوصة)، وقد استخدمت Neridronate في علاج تكون العظم الناقص (OI) ومرض باجيت (PDB) لتقارب عالية تجاه المعادن في العظام. 11-13
وتتلخص الخطوات الثلاث للبروتوكول في مخطط تتم 1. خطوات واحد واثنين من استخدام تكنولوجيا الميكروويف. الخطوة الأولى توفر جزيئات أكسيد الحديد المغلفة حمض الأوليك (OA-IONP) من خلال تعديل طرق نشرها. 14 البروتوكول هو التكيف مع التوليف الميكروويف من traditIONAL التوليف الحراري التحلل. 15،16 مزيج يحتوي على الحديد (ACAC) 3، حمض الأوليك، oleylamine و1،2-dodecanediol يذوب في الكحول البنزيل وتعرض في عمليتين التدفئة. ويتم تنقية من غسل مع ETOH وجمع الجسيمات مع المغناطيس بدون تاريخ، الحديد ب للقضاء على الفائض السطحي في طاف. ثم، واستقرت OA-IONP في CHCl 3. وكما كان متوقعا، ويرجع ذلك إلى تسخين سريع جدا، وأظهرت النتائج المتوقعة التي النانوية توليفها من قبل الميكروويف هي أصغر من حيث الأساسية (3.7 ± 0.8 نانومتر) وحجم الهيدروديناميكية (7.5 نانومتر) بالمقارنة مع التحلل الحراري التقليدي. ومع ذلك، لا يزال النانوية عرضا التبلور ممتازة.
وتتألف الخطوة الثانية في التعديل الكيميائي المباشر من الرابطة المزدوجة، موجودة في حمض الأوليك، وذلك باستخدام أكسدة قوية مثل برمنجنات 4، ومنهجية الأصلية وضعت في تم تعديل مجموعتنا لشروط ميغاواط.17 أ المرحلة الأولى تشكل المجمعات بين MNO 4 – والرابطة المزدوجة. ثم، والمرحلة الثانية في الظروف الحمضية، وإنتاج الانقسام من جزيء حمض الأوليك إعطاء Azelaic حامضي-IONP. بعد هاتين المرحلتين من 9 دقيقة لكل منهما، وتنقية العينة، غسل الأولى مع NaHSO 3 1٪ للحد من الزيادة في MNO 4 – إلى MNO 2 ثم مع هيدروكسيد الصوديوم 1٪ لتحييد الحامض.
بعد خطوة التنقية، واستقرت Azelaic-IONP في 10 ملي العازلة الفوسفات ودرجة الحموضة = 7.2. هذا المخزن المؤقت هو أفضل بيئة للاستقرار الغروية من الجزيئات على غرار ما حدث في رد الفعل الأصلي، الحراري. 18 استخدام الميكروويف لأكسدة مباشرة من الرابطة المزدوجة الواردة في OA-IONP هو مثال جيد جدا من المزايا استخدام هذه التكنولوجيا في تركيب الجسيمات النانوية. مع أسلوب الكلاسيكية رد فعل يأخذ 24 ساعة، والاستفادة من الميكروويف يقلل من reactiفي الوقت المحدد إلى 18 دقيقة. وعلاوة على ذلك، ويبين بروتوكول يحركها الميكروويف لاستنساخ ممتازة إعطاء النانوية مع 30 ± 5 نانومتر من حجم الهيدروديناميكية بعد 4 التكرار. وبصرف النظر عن التغير في حجم الهيدروديناميكية، وإمكانات زيتا معلمة جيدة للتحقق بسرعة ناجحة للتفاعل. بسبب وجود مجموعات الكربوكسيل جديدة في Azelaic-IONP، القيمة المحتملة زيتا حول -44 بالسيارات، تشبه الى حد بعيد القيمة التي حصلت عليها نهج الحراري.
لإلحاق neridronate إلى Azelaic-IONP، يتم استخدام التقليدي EDC / سلفو NHS الاقتران. 19 وراسخة هذا النهج الاصطناعية منذ توظيف والكربوكسيل تفعيلها مع سلفو NHS يضمن الاستقرار الغروية أثناء التفاعل. بعد القضاء على العازلة الفوسفات ويتم التفاعل مع neridronate في 1 العازلة HEPES ملم (الرقم الهيدروجيني ~ 7). رد فعل يجعل Neridronate-IONP مع حجم الهيدروديناميكية 40 ± 4 نانومتر في حجم تنقيب الضيقibution و-24.1 بالسيارات من زيتا الإمكانات.
ووصف الإجراء لتخليق سريع من IONP في الجسم الحي التصور وحة تصلب الشرايين على الرغم من أن جدوى الأسلوب يسمح للمرفق من أي الببتيد / الأجسام المضادة مع الأمينات الحر، وذلك باستخدام نفس الظروف، لأغراض مختلفة داخل T 2 وكيل -weighted النقيض من التصوير بالرنين المغناطيسي حقل.
Protocol
Representative Results
Discussion
الحديد النانوية أكسيد (IONP) هي واحدة من أهم المواد النانوية وقد تم استخدامها لمختلف التطبيقات من قبل وقت طويل. استخدام هذه المواد وكيل النقيض للتصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) هو حقل راسخة. ومع ذلك، فإن طرق تركيب وعادة ما تستغرق عدة مرات ووضع معقد. بسبب الحد بشكل كبير من أ?…
Disclosures
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 |
References
- 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).
