М’який негідротермальний синтез олігосахаридів, покритих магнітним оксидом заліза до 5 нм
Цзин Хуан
кафедра радіології та візуалізації наук, Медична школа Університету Еморі, Атланта, штат Джорджія, 30322, США
Лія Ван
кафедра радіології та візуалізації наук, Медична школа Університету Еморі, Атланта, штат Джорджія, 30322, США
Сяодун Чжун
b MR R & D Collaborations, Siemens Healthcare, Атланта, Джорджія 30322, США
Юаньчен Лі
кафедра радіології та візуалізації наук, Медична школа Університету Еморі, Атланта, штат Джорджія, 30322, США
Лілі Ян
c Хірургічний факультет Медичної школи університету Еморі, Атланта, штат Джорджія, 30322, США
Хуей Мао
кафедра радіології та візуалізації наук, Медична школа Університету Еморі, Атланта, штат Джорджія, 30322, США
Пов’язані дані
Анотація
Надзвичайно тонкі наночастинки магнітного оксиду заліза до 5 нм, покриті олігосахаридами (SIO) з подвійним зваженим ефектом посилення контрасту T1-T2 та швидким кліренсом, розроблені як контрастна речовина для магнітно-резонансної томографії (МРТ). Відмінна розчинність у воді, біосумісність та висока стабільність таких наночастинок SIO до 5 нм були досягнуті за допомогою методу покриття “in-situ полімеризація”, який дозволяє олігосахариди, що утворюють глюкозу, безпосередньо на поверхні гідрофобних нанокристалів оксиду заліза. Повідомлені ультрадисперсні наночастинки SIO демонструють поздовжню релаксивність (r1) 4,1 мМ -1 s -1 і співвідношення r1/r2 0,25 при 3 T (напруженість клінічного поля), що робить покращений T1 або "яскравіше" посилення контрасту в T1-зваженому МРТ на додаток до типового Т2 або контрасту "затемнення" звичайних наночастинок оксиду заліза. Такий подвійний контрастний ефект може бути продемонстрований на візуалізації печінки з контрастом "затемнення" Т2 в паренхімі печінки, але "яскравим" контрастом Т1 у судинній печінці. Що ще важливіше, цей новий клас ультрадисперсних наночастинок оксиду заліза до 5 нм показав набагато швидший кліренс тіла, ніж ті, що мають більші розміри, обіцяючи кращу безпеку для клінічних застосувань.
1. Вступ
На сьогодні для МРТ розроблено різні форми IONP, з яких FDA схвалили лише два засоби (Feridex ®, Resovist ®), розроблені з декстрановим покриттям, для клінічного використання. 12 Обидва мають середній розмір серцевини понад 5 нм і загальний розмір 60–150 нм. 5, 13 Частинки з таким загальним розміром швидко затримуються в органах системи ретокулоендотелію (ВДЕ) і можуть зайняти кілька тижнів або навіть місяців, щоб деградувати і очиститись від організму. 14 Повільний кліренс не тільки викликає занепокоєння щодо довгострокових побічних ефектів таких ІОНП, але також обмежує їх повторне використання в дослідженнях поздовжньої візуалізації. Більше того, більший загальний розмір заважає IONP підтримувати властивості покращення контрасту T1. 15, 16
Тут ми повідомляємо про новий клас ультрадисперсних наночастинок оксиду заліза із покриттям олігосахаридів (SIO-3, середній розмір серцевини 3,5 нм), приготованих шляхом полімеризації глюкози на поверхні частинок in-situ. Повідомлений суб-5 нм SIO-3 є високостійким у водному розчині та демонструє покращене співвідношення r1/r2 у порівнянні з IONP із більшими загальними розмірами, що призводить до чудового підвищення контрастності МРТ T1 та нового подвійного контрастного ефекту T1-T2 для нових застосувань. Крім того, SIO-3 продемонстрував скорочений час очищення організму з частковою нирковою секрецією порівняно з ІОНП більших розмірів, отже, обіцяє вирішити тривалу стурбованість можливою довгостроковою токсичністю, пов’язаною з ІОНП.
2. Експериментальний розділ
Синтез гідрофобних наночастинок оксиду заліза (IONP)
Гідрофобні наночастинки оксиду заліза синтезували терморозкладанням. Коротко кажучи, олеат заліза (III) вперше був приготований модифікованим опублікованим способом. 20 Як правило, 4,04 г нітриду заліза (10 ммоль) та 9,13 г олеату натрію (30 ммоль) розчиняють у розчиннику, змішаному з 40 мл дистильованої води, 50 мл гексану та 10 мл абсолютного етанолу. Суміш олеату заліза перемішували при кімнатній температурі протягом 4 годин і потім витримували протягом ночі. Отриманий червоно-буруватий шар гексану використовували як джерело заліза для терморозкладу. У типовій реакції 5 мл олеату заліза змішували з 5 мл 1-октадецену при кімнатній температурі та дегазували надвисоким аргоном протягом 20 хв. Після випаровування гексану при 70 ° C реакційну суміш нагрівали до 320 ° C зі швидкістю нагрівання 0,6 ° C · s -1. Час реакції регулювали для контролю розміру IONP, який становив близько 5 хв для IONP з розміром ядра 3,5 нм, і нагрівав приблизно 10, 15, 20, 30 хв для IONP з ядром 4,8, 9,9, 15,6, 19,9 нм розмір. Після охолодження до кімнатної температури додавали етанол для осадження наночастинок. Продукти збирали центрифугуванням і кілька разів промивали гексаном і етанолом.
Синтез наночастинок оксиду заліза (SIO), покритих олігосахаридом
Олігосахаридне покриття було введено на гідрофобні ІОНП методом полімеризації in situ. Коротко кажучи, покриті олеїновою кислотою IONP повторно диспергували у хлороформі після очищення центрифугуванням та обережно додавали по краплях у попередньо нагрітий розчин глюкози в диметилформаміді (DMF). Суміш нагрівали до 120 ° С і витримували при цій температурі протягом 2,5 годин. Після охолодження до кімнатної температури продукт осаджували додаванням етанолу. Осад промивали і кілька разів центрифугували. Кінцевий продукт збирали та повторно диспергували у дистильованій воді для інших характеристик та застосування.
Характеристика наночастинок SIO
Морфологію та розмір наночастинок SIO вивчали за допомогою просвічуючого електронного мікроскопа (ТЕМ, Hitachi H-7500, прискорювальна напруга 75 кВ). Як правило, зразки ТЕМ готують шляхом опускання розведених розчинів наночастинок на мідну сітку з вуглецевим покриттям і сушать на повітрі. Гідродинамічний розмір і поверхневі заряди наночастинок у водному розчині оцінювали за допомогою приладу динамічного розсіяння світла (DLS) (Malvern Zeta Sizer Nano S-90), оснащеного He-Ne-лазером потужністю 22 мВт, що працює при 632,8 нм. Структурний аналіз наночастинок SIO проводили за допомогою порошкової дифракції рентгенівських променів (XRD, порошковий дифрактометр Bruker D8 DIFFRAC, Co Kα). Для вивчення покриття наночастинок спектри інфрачервоної спектроскопії з перетворенням Фур'є (FTIR) були зібрані на спектрометрі PerkinElmer Spectrum 100 FT-IR (Bucks, Великобританія). Спектри поглинання УФ-візу отримували за допомогою скануючого спектрофотометра (Shimadzu UV-2401PC) з шириною щілини 1,0 нм.