Mikrowelle gesteuerte Synthese von Eisenoxid-Nanopartikeln für die schnelle Erkennung von Atherosclerosis
Summary
Mikrowellen-Technologie ermöglicht extrem schnelle Synthese von Eisenoxid-Nanopartikeln für Atherosklerose Plaquecharakterisierung. Die Verwendung eines Aminobisphosphonat in der Außenseite des Nanopartikels bietet eine schnelle Anreicherung in der atherosklerotischen Bereich.
Abstract
Eine schnelle und reproduzierbare mikrowellengesteuertes Protokoll wurde für die Synthese von Neridronat-funktionalisierten Nanopartikel entwickelt. Ausgehend von der Synthese von hydrophoben Nanopartikeln, ist unsere Methode basiert auf einer Anpassung von Verfahren zur thermischen Zersetzung Mikrowellen angetrieben Synthese. Die neue Methodik erzeugt eine Verringerung der Reaktionszeiten im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren. Darüber hinaus erhöht die Verwendung der Mikrowellentechnik, die Reproduzierbarkeit der Reaktionen, was wichtig vom Standpunkt der klinischen Anwendungen. Die Neuheit dieses Eisenoxid-Nanopartikel ist die Befestigung von Neridronat. Die Verwendung dieses Moleküls führt ein Bisphosphonat – Einheit in Richtung der Außenseite des Nanopartikels , das Ca 2+ Bindungseigenschaften in vitro und in vivo eine selektive Anreicherung in der Atherom Plaque liefert. Das Protokoll ermöglicht die Synthese und Plaque-Erkennung in etwa 3 Stunden seit der ersten Synthese von organic Vorläufer. Ihre Anreicherung in der atherosklerotischen Bereich in weniger als 1 Stunde liefert ein Kontrastmittel, insbesondere geeignet für klinische Anwendungen.
Introduction
Atherosklerose ist eine multifaktorielle chronische entzündliche Erkrankung der Wandung arterielle aus einem deregulierten Lipidstoffwechsel und einem fehlerhaften Entzündungsreaktion. Aufgrund der Prävalenz und die wirtschaftlichen und sozialen Kosten von kardiovaskulären Erkrankungen dieser und verwandten besteht ein wachsendes Interesse an der Pathologie mit neuen Werkzeugen in Adressieren, von denen Nanotechnologie eine der vielversprechendsten ist. 1-3 Jedoch gibt es sehr wenige Beispiele für schnelle Herstellung und Charakterisierung von Sonden , die für die Übersetzung in die Klinik 4 in diesem Protokoll verwenden wir eine Mikrowellensynthese von Eisenoxid – Nanopartikel zur weiteren Funktionalisierung mit einem Bisphosphonat und in vivo Detektion von Atherosklerose in ApoE basisch ist -. / -. Mäuse in 1 Std 5 Eisenoxid-Nanopartikel (IONP) sind eine bekannte Nanomaterial und seine Verwendung als Kontrastmittel für Magnetic Resonance Imaging (MRI) hat sich für den Nachweis verschiedener Krankheits etablierts in den letzten Jahren. 6-8
Mikrowellensynthese (MWS), ermöglicht Nanopartikel in extrem kurzen Zeiten mit hoher Reproduzierbarkeit und verbesserte Ausbeuten zu synthetisieren. 9,10 In unserem Protokoll erhalten wir IONP mit Plaque – Fähigkeiten in drei Schritten Targeting. Die letzte ist die Befestigung eines Aminobisphosphonat, Neridronat, die aufgrund ihrer Calciumbindungseigenschaften in unserer Strategie Schlüssel. Aufgrund ihrer natürlichen analogen Pyrophosphat (PPi), Neridronat wurde bei der Behandlung von Osteogenesis imperfecta (OI) und der Paget-Knochenkrankheit (PDB) für ihre hohe Affinität zu Knochenmineral verwendet. 11-13
Die drei Schritte des Protokolls sind in Schema 1 zusammengefasst ersten und zweiten Stufen durchgeführt werden Mikrowellentechnik. Erster Schritt bereitzustellen Ölsäure überzogenem Eisenoxid – Nanoteilchen (OA-IONP) durch eine Modifikation der veröffentlichten Verfahren. 14 Das Protokoll ist eine Anpassung an Mikrowellensynthese des traditthermische Zersetzung ional Synthese. 15,16 Eine Mischung , die Fe (acac) 3, Ölsäure, Oleylamin und 1,2-Dodecandiol wird in Benzylalkohol gelöst und bei zwei Erwärmungsverfahren unterworfen. Reinigung wird durchgeführt, mit EtOH gewaschen und Sammeln der Teilchen mit einem Nd-Fe-B-Magneten um den Überschuss an oberflächenaktiven Mitteln in dem Überstand zu entfernen. Dann OA-IONP in CHCl 3 stabilisiert. Wie erwartet, aufgrund der sehr schnelle Erwärmung, zeigte die erwarteten Ergebnisse, dass die durch Mikrowellen kleiner synthetisierten Nanopartikel in Form von Kern (3,7 ± 0,8 nm) und hydrodynamischen Größe (7,5 nm) im Vergleich zu herkömmlichen thermischen Zersetzung; jedoch Nanopartikel noch eine hervorragende Kristallinität präsentieren.
Der zweite Schritt besteht in einer direkten chemischen Modifikation der Doppelbindung, die in der Ölsäure, ein starkes Oxidationsmittel wie KMnO 4 unter Verwendung der ursprünglichen Methode entwickelt , in unserer Gruppe für MW Bedingungen geändert wurde.17 Eine erste Stufe bildet , die Komplexe zwischen MnO 4 – und die Doppelbindung. Dann wird eine zweite Stufe in sauren Bedingungen produzieren die Spaltung des Moleküls Ölsäure Azelainsäure-IONP geben. Nach diesen zwei Stufen von 9 min jedem wird die Probe gereinigt, zuerst Waschen mit NaHSO 3 1% des Überschusses an MnO 4 zu reduzieren – zu MnO 2 und dann mit NaOH 1% zu neutralisieren , um die Säure.
Nach dem Reinigungsschritt, Azelain–IONP werden in 10 mM Phosphatpuffer pH = 7,2 stabilisiert. Dieser Puffer ist die beste Umgebung für die kolloidale Stabilität der Teilchen in ähnlicher Weise zu dem, was in der ursprünglichen, thermische Reaktion geschah. 18 die Verwendung von Mikrowellen für die direkte Oxidation der Doppelbindung enthalten in OA-IONP ist ein sehr gutes Beispiel für die Vorteile dieser Technik bei der Synthese von Nanopartikeln. Bei der klassischen Methode die Reaktion 24 Stunden dauert, nimmt die Nutzung von Mikrowellen die Reactipünktlich zu 18 min. Darüber hinaus zeigt die Mikrowellen-unterstütztes Protokoll eine ausgezeichnete Reproduzierbarkeit Nanopartikeln mit 30 ± 5 nm der hydrodynamischen Größe nach 4 Wiederholungen gibt. Neben der Änderung der hydrodynamischen Größe ist das Zeta-Potential ein guter Parameter, um schnell die erfolgreiche der Reaktions überprüfen. Aufgrund des Vorhandenseins der neuen Carboxylgruppen in Azelaic-IONP, ist der Wert für das Zeta-Potential -44 mV herum, sehr ähnlich dem Wert, der durch die thermische Ansatz erhalten.
Zur Befestigung von Neridronat zu Azelaic-IONP, traditionelle EDC / Sulfo-NHS Konjugation verwendet wird. 19 Dieser Syntheseansatz ist gut etabliert , da unter Verwendung eines aktivierten Carboxylats mit dem Sulfo-NHS gewährleistet kolloidale Stabilität während der Reaktion. Nach der Eliminierung von Phosphatpuffer die Reaktion mit Neridronat wird in 1 mM HEPES-Puffer (pH ~ 7) durchgeführt. Die Reaktion macht Neridronat-IONP mit einem hydrodynamischen Größe von 40 ± 4 nm in einer engen Größen distribution und -24,1 mV von Zeta-Potential.
Das Verfahren ist für die schnelle Synthese von IONP für in vivo Visualisierung von atherosklerotischen Plaques beschrieben , obwohl die Durchführbarkeit des Verfahrens die Befestigung jedes Peptid / Antikörper mit freien Aminen ermöglicht, die gleichen Bedingungen verwendet, für verschiedene Zwecke innerhalb der T 2 -gewichteten MRT – Kontrastmittel Feld.
Protocol
Representative Results
Discussion
Eisenoxid-Nanopartikel (IONP) sind eine der wichtigsten Nanomaterialien und es hat sich für verschiedene Anwendungen vor langer Zeit verwendet worden. Die Verwendung dieser Materialien als Kontrastmittel für die Magnetresonanztomographie (MRT) ist ein gut eingeführtes Gebiet. Allerdings nehmen die Synthesewege oft mehrere Zeit und die Einstellung ist kompliziert. Aufgrund dramatisch Reaktionszeiten zu reduzieren und verbessert die Reproduzierbarkeit scheint die Verwendung von Mikrowellengesteuerten Synthese eine gute…
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 |
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