双正电子发射层析成像用 68 ga 芯掺杂氧化铁纳米粒子的合成/(t1) 磁共振成像

Summary

在这里, 我们提出了一个协议,以获得⁶⁸ga 掺杂氧化铁纳米粒子通过快速微波驱动合成。该方法使 pet/i 1) mri 纳米颗粒在20分钟的合成中具有90% 以上的放射性标记效率和99% 的放射化学纯度。

Abstract

在这里, 我们描述了微波合成, 以^{获得氧化铁}纳米粒子掺杂与 68 ga. 微波技术实现快速和可重复的合成过程。在这种情况下, 从 ficl₃和柠檬酸三钠开始, 在10分钟内在微波中获得涂有柠檬酸的氧化铁纳米颗粒。这些纳米粒子的核心尺寸为 4.2±1.1 nm, 流体动力尺寸为 7.5±2.1 nm。此外, 它们具有 11.9 mm-1^·s-1 的高纵向松弛性 (r₁) 值和 22.9 mm-1^–1的适度横向松弛度值 (r₂), 从而导致较低的 r₂ /r₁ 比率为1.9。这些值可在磁共振成像 (mri) 中产生正对比度, 而不是用于氧化铁纳米粒子的负对比度。此外, 如果在起始材料中加入⁶⁸ge-68 ga 发生器中的⁶⁸gal3 洗脱_,则可获得掺杂 68 ga 的纳米辐射仪.无论使用何种初始活性, 该产品都具有较高的放射性标记产率 (& gt; 90%)。此外, 一个单一的纯化步骤使纳米辐射材料准备在体内使用。

Introduction

医疗成像技术的结合引发了对合成多模态探针^1、2、3的不同方法的探索。由于正电子发射断层扫描 (pet) 扫描仪的灵敏度和 mri 的空间分辨率, pet/mri 组合似乎是最吸引人的可能性之一, 同时提供解剖和功能^{信息 4}。在 mri 中, 可以使用 t2 加权序列, 使它们积累的组织变暗。_t1加权序列也可以使用, 产生特定聚集位置⁵的亮化。其中, 正对比往往是最充分的选择, 因为负对比使信号更难以与内源性低指区域区分开来, 包括那些经常由肺等器官呈现的区域.传统上, 基于 gd 的分子探针被用来获得正对比。然而, 基于 gd 的造影剂存在一个主要的缺点, 即其毒性, 这在肾病患者^7,8,9中至关重要。这促使了在合成生物相容性材料作为 t1 造影剂的研究方面取得了积极的努力。一个有趣的方法是使用氧化铁纳米粒子 (ionps), 具有非常小的核心尺寸, 提供积极的对比¹⁰。由于这个非常小的核心 (~ 2 纳米), 大多数的 fe^{3 +}离子都在表面, 每个都有5个未配对的电子。这增加了纵向松弛时间 (r₁) 值, 并产生更低的横向比 (r_2/r1) 相比, 传统的 ionps, 产生所需的正对比¹¹。

要将 nanoparticle 与 pet 的正电子发射器结合, 需要考虑两个关键问题: 放射性同位素选择和纳米粒子放射性标记。关于第一个问题, ⁶⁸ga 是一个诱人的选择。它的半衰期相对较短 (67.8 分)。它的半衰期适合于肽标记, 因为它与普通肽生物分布时间相匹配。此外,^在发电机中生产 68 ga, 使其能够在工作台模块中进行合成, 并避免了^{在 12、13、14}附近使用回旋加速器。为了使纳米颗粒的放射性, 表面标记放射性同位素的结合是目前流行的策略。这可以使用螯合 68 ga 的配体或利用与纳米粒子表面的辐射相互关系来完成。文献中有关 ionps 的大多数例子都使用螯合剂。有使用杂环配体的例子, 如 1, 4, 7, 10-四氮唑二钠-1, 4, 7, 10-四乙酸 (dota)¹⁵, 1, 4, 7-三氮环酮-1, 4, 7-三乙酸 (nota)^16,17, 和 1, 4, 7-三氮环酮烯 1-谷氨酸 4-7-乙酸 (nodaga)¹⁸, 并使用 2, 3-二羧基丙酸-1-二膦酸 (dpd), 四聚体脂质 19. madru等人²⁰在2014年制定了一项无螯合剂战略, 使用另一个集团在第21后使用的无螯合剂方法给 ionps 贴上标签.

然而, 这种方法的主要缺点包括体内转金属的高风险、低放射性标记的产量以及不适合寿命短的同位素^{22、23、24 的}冗长协议。为此, wong等人.²⁵开发了第一个掺杂核纳米粒子的例子, 在使用微波技术进行的5分钟合成中, 成功地将⁶⁴铜纳入了 nanoparticles 的核心。

在这里, 我们描述了一个快速和有效的程序, 以纳入纳米粒子的核心, 阐明了传统方法提出的许多缺点。为此, 我们建议使用微波驱动合成 (mws), 它大大缩短了反应时间, 提高了产量, 并增强了可重复性, 这在 ionp 合成中至关重要。mws 的精细化性能是由于介电加热: 快速样品加热, 因为分子偶极子试图与交变电场对齐, 是极性溶剂和试剂更有效地用于这种合成。此外, 使用柠檬酸作为表面活性剂, 加上微波技术, 产生了非常小的纳米粒子, 产生了双 t1 加权 micet 26 信号, 这里表示为⁶⁸ga 核掺杂氧化铁纳米粒子 (⁶⁸ga-c-ionp)。

该协议结合了微波技术, ⁶⁸gocl₃作为正电子发射器, 氯化铁, 柠檬酸钠, 水合氨, 导致双 t 1 加权 mri\ pet 纳米颗粒材料在几乎20分钟。此外, 它在⁶⁸ga 活性 (37 mbq、111 mbq、370 mbq 和 1110 mbq) 范围内产生一致的结果, 对纳米粒子的主要物理化学特性没有显著影响。该方法使用高⁶⁸ga 活性的重现性扩展了可能的应用领域, 包括大型动物模型或人类研究。此外, 该方法中还包含一个单一的纯化步骤。在此过程中, 任何过量的游离镓、氯化铁、柠檬酸钠和水合氨都通过凝胶过滤去除。完全自由的同位素消除和样品的纯度确保无毒性, 并提高成像分辨率。在过去, 我们已经证明了这种方法在有针对性的分子成像^27,28的有用性。

Protocol

1. 试剂制备 0.05 m hcl 将0.08μl 的 37% hcl 添加到50毫升的蒸馏水中, 制备 0.05 m hcl。 高效液相色谱洗脱液 通过溶解6.9 克一水二氢钠、7.1 克磷酸氢二钠、8.7 克氯化钠和0.7 克氮化钠, 制备高效液相色谱 (hplc) 洗脱液。混合好, 检查 ph 值。使用前, 通过0.1μm 的切断无菌过滤器和除气。验收范围: ph 6.2-7.0 (如果不是, 请与 naoh [1 m] 或 hcl [5m] 调…

Representative Results

68将 ficl3、 68gocl 3、柠檬酸、水和水合氨合成了 ga-c-ionp。这种混合物在120°c 和控制压力下被引入微波炉10分钟。一旦样品冷却到室温, 纳米颗粒通过凝胶过滤进行纯化, 以消除未反应的物种 (fecl 3, 柠檬酸,水合氨) 和游离68ga (图 1)。 利用动态光散射 (dls) 测?…

Discussion

氧化铁纳米颗粒是一种成熟的 t_型加权 mri 造影剂。然而, 由于这种类型的对比度的缺点, 诊断_某些疾病, t1 加权或明亮的对比度是许多倍的首选。这里介绍的纳米粒子不仅克服了这些限制, 在 mri 提供了积极的对比, 而且还提供了一个信号, 在功能成像技术, 如 pet, 通过⁶⁸ga 纳入其核心。微波技术增强了这种可复制的纳米粒子合成, 将反应时间大大缩短到总共约 20分钟 (?…

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