Sinteza facială nehidrotermică a oligozaharidelor acoperite cu oxid de fier magnetic sub 5 nm
Jing Huang
un Departament de Radiologie și Științe Imagistice, Școala de Medicină a Universității Emory, Atlanta, Georgia 30322, SUA
Liya Wang
un Departament de Radiologie și Științe Imagistice, Școala de Medicină a Universității Emory, Atlanta, Georgia 30322, SUA
Xiaodong Zhong
b MR R&D Collaborations, Siemens Healthcare, Atlanta, Georgia 30322, SUA
Yuancheng Li
un Departament de Radiologie și Științe Imagistice, Școala de Medicină a Universității Emory, Atlanta, Georgia 30322, SUA
Lily Yang
c Departamentul de Chirurgie, Școala de Medicină a Universității Emory, Atlanta, Georgia 30322, SUA
Hui Mao
un Departament de Radiologie și Științe Imagistice, Școala de Medicină a Universității Emory, Atlanta, Georgia 30322, SUA
Date asociate
Abstract
Nanoparticulele magnetice de oxid de fier ultrafin sub 5 nm acoperite cu oligozaharide (SIO) cu efect dublu de îmbunătățire a contrastului ponderat T1-T2 și clearance-ul rapid au fost dezvoltate ca agent de contrast pentru imagistica prin rezonanță magnetică (RMN). Solubilitatea excelentă în apă, biocompatibilitatea și stabilitatea ridicată a unor astfel de nanoparticule SIO sub-5 nm au fost obținute prin utilizarea metodei de acoperire „in-situ”, care permite oligozaharidelor care formează glucoză direct pe suprafața nanocristalelor de oxid de fier hidrofob. Nanoparticulele SIO ultrafine raportate prezintă o relaxare longitudinală (r1) de 4,1 mM −1 s −1 și un raport r1/r2 de 0,25 la 3 T (intensitatea câmpului clinic), făcând îmbunătățirea T1 îmbunătățită sau contrastul „mai luminos” în RMN ponderat T1 pe lângă contrastul tipic T2 sau „întunecarea” nanoparticulelor convenționale de oxid de fier. Un astfel de efect de contrast dublu poate fi demonstrat în imagistica hepatică cu contrast „întunecat” T2 în parenchimul hepatic, dar contrast „luminos” T1 în vasculatura hepatică. Mai important, această nouă clasă de nanoparticule de oxid de fier sub-nm de 5 nm a prezentat un clearance corporal mult mai rapid decât cele cu dimensiuni mai mari, promițând o siguranță mai bună pentru aplicațiile clinice.
1. Introducere
Până în prezent, s-au dezvoltat diverse forme de IONP pentru aplicații RMN, dintre care doar doi agenți (Feridex®, Resovist®) formulați cu acoperire cu dextran au fost aprobați de FDA pentru utilizări clinice. 12 Ambele au o dimensiune medie a miezului de peste 5 nm și o dimensiune totală de 60-150 nm. 5, 13 Particulele cu o astfel de dimensiune totală sunt prinse rapid în organele sistemului retoculoendotelic (RES) și pot dura câteva săptămâni sau chiar luni pentru a fi degradate și eliminate din corp. 14 Clearance-ul lent nu numai că provoacă îngrijorare cu privire la efectele secundare pe termen lung ale unor astfel de IONP-uri, ci și le limitează să fie utilizate în mod repetat în studiile de imagistică longitudinală. Mai mult, dimensiunea totală mai mare împiedică IONP-urile să mențină proprietățile de îmbunătățire a contrastului T1. 15, 16
Aici raportăm o nouă clasă de nanoparticule de oxid de fier acoperite cu oligozaharidă ultrafină (SIO-3, dimensiunea medie a miezului de 3,5 nm) preparate prin polimerizarea in-situ a glucozei pe suprafața particulelor. SIO-3 sub 5 nm raportat este extrem de stabil în soluția apoasă și prezintă un raport r1/r2 îmbunătățit față de IONP cu dimensiuni globale mai mari, ceea ce duce la îmbunătățirea excelentă a contrastului RMN T1 și efectul de contrast dublu T1-T2 dublu pentru aplicații noi. În plus, SIO-3 a prezentat un timp de eliminare a corpului redus cu secreție renală parțială, comparativ cu IONP cu dimensiuni mai mari, prin urmare, promite să abordeze îngrijorarea durabilă a unei posibile toxicități pe termen lung asociată cu IONP.
2. Secțiunea experimentală
Sinteza nanoparticulelor de oxid de fier hidrofob (IONP)
Nanoparticulele hidrofobe de oxid de fier au fost sintetizate prin termodescompunere. Pe scurt, oleatul de fier (III) a fost preparat mai întâi printr-o metodă publicată modificată. 20 De obicei, 4,04 g nitridură ferică (10 mmol) și 9,13 g oleat de sodiu (30 mmol) au fost dizolvate în solvent amestecat cu 40 ml apă distilată, 50 ml hexan și 10 ml etanol absolut. Amestecul de oleat de fier a fost agitat la temperatura camerei timp de 4 ore și apoi a fost ținut liniștit peste noapte. Stratul de hexan roșu-maroniu rezultat a fost utilizat ca sursă de fier pentru termodescompunere. Într-o reacție tipică, 5 ml de oleat de fier au fost amestecați cu 5 ml de 1-octadecen la temperatura camerei și s-au degazat cu argon ultra-înalt timp de 20 min. După evaporarea hexanului la 70 ° C, amestecul de reacție a fost încălzit la 320 ° C cu o rată de încălzire de 0,6 ° C · s -1. Timpul de reacție a fost ajustat pentru a controla dimensiunea IONP-urilor, care a fost de aproximativ 5 min pentru IONP-uri cu o dimensiune a miezului de 3,5 nm și s-a reîncălzit aproximativ 10, 15, 20, 30 min pentru IONP-uri cu 4,8, 9,9, 15,6, 19,9 nm mărimea. După răcire la temperatura camerei, s-a adăugat etanol pentru a precipita nanoparticulele. Produsele au fost colectate prin centrifugare și spălate cu hexan și etanol de mai multe ori.
Sinteza nanoparticulelor de oxid de fier acoperit cu oligozaharidă (SIO)
Acoperirea cu oligozaharide a fost introdusă pe IONP-uri hidrofobe prin polimerizare in situ. Pe scurt, IONP-urile acoperite cu acid oleic au fost redispersate în cloroform după purificare cu centrifugare și adăugate cu grijă în picătură în soluția de glucoză preîncălzită în dimetilformamidă (DMF). Amestecul a fost încălzit la 120 ° C și menținut la această temperatură timp de 2,5 ore. După răcire la temperatura camerei, produsul a fost precipitat prin adăugarea de etanol. Precipitatul a fost spălat și centrifugat de mai multe ori. Produsul final a fost colectat și redispersat în apă distilată pentru alte caracterizări și aplicații.
Caracterizări ale nanoparticulelor SIO
Morfologia și dimensiunea nanoparticulelor SIO au fost studiate folosind un microscop electronic cu transmisie (TEM, Hitachi H-7500, tensiune de accelerare 75 kV). De obicei, probele TEM sunt preparate prin aruncarea soluțiilor de nanoparticule diluate pe rețeaua de cupru acoperită cu carbon și uscate la aer. Mărimea hidrodinamică și încărcăturile de suprafață ale nanoparticulelor din soluția apoasă au fost evaluate utilizând un instrument de împrăștiere dinamică a luminii (DLS) (Malvern Zeta Sizer Nano S-90) echipat cu un laser He-Ne de 22 mW care funcționează la 632,8 nm. Analiza structurală a nanoparticulelor SIO a fost efectuată prin difracție cu raze X în pulbere (XRD, difractometru în pulbere Bruker D8 DIFFRAC, Co Kα). Pentru studierea acoperirii cu nanoparticule, spectrele de spectroscopie în infraroșu cu transformată Fourier (FTIR) au fost colectate pe un spectrometru PerkinElmer Spectrum 100 FT-IR (Bucks, Marea Britanie). Spectrele de absorbție UV-vis au fost obținute cu un spectrofotometru de scanare (Shimadzu UV-2401PC) cu o lățime a fantei de 1,0 nm.