The financial support of the Max-Planck Society, the Turkish Ministry of National Education (PhD fellowship to S. G.), and the German Exchange Academic Service (DAAD, PhD fellowship to T. S.) are gratefully acknowledged.

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The authors have nothing to disclose.

Herstellung der dendrimeren MRI Kontrastmittels erfordert eine geeignete Auswahl der monomeren Einheit (dh der Chelator für Gd (III)). Sie reduzieren die Toxizität dieses paramagnetischen Ion und bis heute eine große Auswahl an azyklisch und makrocyclischen Chelatbildnern diesem Zweck dienen 1-3. Unter diesen makrocyclischen DOTA-Typ - Chelatoren besitzen die höchste Stabilität thermodynamischen und kinetischen Inertheit und damit sind die bevorzugte Wahl zur Herstellung von inerten MRI - Kontrastmittel 1,18. Darüber hinaus sind sie anfällig für verschiedene synthetische Transformationen, die in bifunktionellen Chelatoren führen, der fähig ist die Anbindung an verschiedene funktionelle Moleküle (zB Targeting - Vektoren oder Nanoträger) , während immer noch stabil Gd bilden (III) -Komplexe 19. Zu diesem Zweck wurde der DOTA-Typ monomerer Einheit in diesem Verfahren beschrieben von DO3A- tert-butylester hergestellt, die gemeinsame und leicht verfügbar Vorläufers und dem Bromid - Derivat derdas 4- (4-nitrophenyl) butansäure. Dieses Molekül wird von DOTA abgeleiteten und besitzt eine ähnliche Struktur Gd (III) zu koordinieren. Die synthetische Modifikation soll Kupplungsreaktionen auf verschiedene funktionelle Moleküle und Träger dieser Chelator anfällig zu machen. Nämlich die Herstellung der DOTA-modifizierten Moleküls führt zu einem Chelator noch mit vier Carboxygruppen für die Koordination zu Gd (III) zu einem inerten Komplex bilden und eine orthogonale Nitrophenylgruppe, die bei der Umwandlung dieser Chelator Oberfläche mit dem Dendrimer befestigt. Dieses Verfahren ermöglicht auch eine Flexibilität bei der Auswahl der orthogonalen reaktiven Gruppe (beispielsweise COOH oder NH 2), die das Gd (III) Chelator zu kuppeln auf einen gewünschten Träger in bevorzugter Weise dienen kann. Das erhaltene bifunktionelle Chelator kann auf zwei unterschiedliche Arten (dh synthetische Verfahren) an andere Moleküle gekoppelt werden. Wenn die Nitrogruppe zu einer Aminogruppe reduziert wird, kann die resultierende Anilin untergehen , um eine Kondensationsreaktion mit der Carbonsäuregruppe des anderen Moleküls 8. Darüber hinaus kann ein aromatisches primäres Amin - funktionellen Gruppe in Gegenwart von Thiophosgen leicht in ein Isothiocyanat umgewandelt werden, eine Gruppe , die mit Aminen in polaren organischen Lösungsmitteln sowie Wasser und bietet mehr Reaktionsmöglichkeiten für die Kopplung von Monomereinheiten an Dendrimere leicht reagiert 17 , 20,21. Zum Koppeln des bifunktionellen Chelators zur dendrimeren Träger, ein geeignetes dendrimeren Gerüst ausgewählt werden. Verschiedene Faktoren tragen zu der endgültigen Dendrimerkonjugat Struktur und der gewünschten Anwendung sollte in diesem Schritt berücksichtigt werden verwandt. Aufgrund breiten kommerziellen Verfügbarkeit von dendrimeren Träger, Produkte mit unterschiedlichen Kernstrukturen, oberflächenreaktive Gruppen oder Generationen gewählt werden. Folglich wird die Konjugationsreaktion auf der Oberfläche des Dendrimers Gruppe und die orthogonale Gruppe des Chelators abhängen, während dieendgültige Konjugat kann neutral, berechnet sein oder unterschiedliche Größen aufweisen (bis zu 15-20 nm, auf Dendrimer Generation je) 22. All diese Aspekte berücksichtigt werden, bevor die dendrimeren CA Herstellung, da sie die Löslichkeit beeinflussen können, Relaxivität (MRI-Signalverstärkung), Diffusion und andere pharmakokinetische Eigenschaften des Kontrastmittels, die möglicherweise seine Anwendung in MRI gefährden. Zum Beispiel können kationische Dendrimere Toxizität in biologischen Systemen aufweisen. Jedoch kann diese Wirkung durch die Konjugation von negativ geladenen Gruppen auf dem Dendrimer Oberfläche verringert werden, wodurch die positive Gesamtladung Reduktions 23. In diesem Protokoll haben wir den dendrimeren Kontrastmittel DCA unter Verwendung des Verfahrens , in dem die Isothiocyanatgruppe des monomeren Makrocyclus 4 hergestellt mit einem handelsüblichen Cystamin-Core - G4-PAMAM mit 64 primären Aminoberflächengruppen ausgestattet gekoppelt wurde. Die anfängliche Reinigung der hydrophobic dendrimeren Produkt 5 wurde durch Gelchromatographie durchgeführt , eine Säule , die mit einem lipophilen Gelfiltrationsmedium und Methanol als Elutionsmittel gereinigt , um unter Verwendung von den meisten der nicht umgesetzten monomeren Einheiten zu entfernen. Die Hydrolyse von t - Butyl - Ester mit Ameisensäure ist einfach, was zu einem wasserlöslichen Produkt , das dendrimere mit Größenausschluss - Chromatographie unter Verwendung eines hydrophilen Gelfiltrationsmedium gereinigt werden kann. Die Komplexierung des multimeren und dendrimeren Chelatoren mit Gd (III) wurde bei einem neutralen pH, um unter Beibehaltung der Lösung durchgeführt, die Komplexbildung zu erleichtern. Ansonsten verringert der Komplexierung von Gd (III) (zugegeben als Chloridsalz), um den pH-Wert, verlangsamt sich die Reaktion. Schließlich ist es erwähnenswert, dass Amingruppen in dem Dendrimer Kern neigen auch dazu, mit Gd (III) koordinieren, aber nur mit dem Überschuß, der nicht mit den DOTA Einheiten chelatisiert werden. Die Vermeidung der Anwesenheit von Gd (III) außerhalb des DOTA Chelator ist von wesentlicher Bedeutung, da leAkage von Gd (III) von der CA kann unerwünschte Auswirkungen haben; Es kann nämlich die Toxizität in vivo 18 induzieren. Der Überschuß an Gd (III) kann effektiv durch Komplexierung mit durch Ultrafiltration von GdEDTA und freie EDTA unter Verwendung von 3 kDa Molekulargewicht cut-off (MWCO) Filter gefolgt EDTA entfernt werden. Lower MWCO Filter könnten verwendet werden, wenn die dendrimeren Konjugate niedrigere Molekulargewichte aufweisen. Es gibt zwei große Problemfragen zur Vorbereitung der DCA zusammen. Aufgrund der großen Verbreiterungseffekt von Gd (III) auf NMR-Signale, ist die Analyse von DCA mittels NMR-Spektroskopie nicht informativ. Stattdessen sollten diese Analyse in früheren Schritten (Verbindungen 5 und 6) durchgeführt werden. Als nächstes wird die Konjugation von monomacrocyclic Einheiten an das Dendrimer Oberfläche nie mit 100% Umsatz erreicht, aber es ist wahrscheinlich, zwischen 50-90% (siehe unten) zu sein. Typischerweise kann die Reaktionsausbeuten durch Zugabe eines zweiten Teils des monomeri erhöht werdenc reaktive Einheit nach der ersten Konjugation von Dendrimer und monomeren Einheit 24 abgeschlossen. Doch alle Vorbereitung Batch Ergebnisse in etwas unterschiedlichen Anzahl von Chelatoren auf der Dendrimer-Oberfläche konjugiert, selbst wenn identische Dendrimer und DOTA-Einheiten werden als Materialien für die Kopplung verwendet. Obwohl die endgültige Menge an Gd (III) in DCA können unabhängig voneinander über den BMS-Methode bestimmt werden, für eine bessere Charakterisierung von dendrimeren-Konjugate (siehe Abschnitt 2.2), ist es notwendig, die Schätzung von gebundenen Monomereinheiten jedesmal, wenn eine neue Charge ausführen DCA vorbereitet (siehe 2.1 und Diskussion unten). Die analytische Charakterisierung der isolierten dendrimeren Produkte können mittels 1 H NMR - Spektroskopie (nur auf Produkte 5 und 6), Elementaranalyse und MALDI-TOF - MS durchgeführt werden. Typische Ausbeuten für die Umwandlung der Amino-Oberflächengruppen liegen zwischen 50-90%, abhängig von dem Dendrimer Generatiauf, der Art des Chelators und den verwendeten Reaktionsbedingungen (Lösungsmittel, Temperatur) 6,20,24,25. In diesem besonderen Fall die berechneten Massen aus den kombinierten Analysen erhaltenen entsprechen einem Mittelwert aus 49 monomeren Chelate an das Dendrimer gekoppelt ist (dh ~ 75% Belegung der Dendrimeroberfläche Amine). Obwohl eine leichte Fehlanpassung in der endgültigen Anzahl von umgesetzten Aminogruppen zwischen diesen Methodologien 25 erwartet werden konnte, deren direkten Vergleich liefert angemessenen Beweis für die Bildung des gewünschten DCA mit einer bestimmten durchschnittlichen Anzahl der chelatbildenden Einheiten gebunden. Die in vitro - Charakterisierung das Potential von DCA zur Beurteilung Ziel , den Kontrast in der MRI - Experimente zur Verbesserung bestand aus DLS, relaxometrischen und MRI - Experimente. Die hydrodynamischen Durchmesser von DCA wurde 7,2 ± 0,2 nm von DLS-Messungen bestimmt, die mit zuvor berichteten Konjugate dieser Art einverstanden istmit G4 Generation 4 PAMAM - Dendrimere 26. Bestimmung der longitudinalen Relaxivität von DCA folgte dem zuvor beschriebenen Verfahren 15 und ergab den Wert von 6,2 ± 0,1 mM -1 s -1 pro Gd (III). Etwa 50% der Verbesserung in der R 1 aus paramagnetischem Gd (III) in DCA relativ zu kleinformatigen Molekülen eines ähnlichen Typs (beispielsweise GdDOTA) mit der Zwischengröße des dendrimeren Kontrastmittels erläutert. Nämlich befestigt die reduzierte Bewegung der Gd-Chelaten an das Dendrimer Oberfläche erhöht die Rotationskorrelationszeit und daher r 1 ist ; kann dieser Effekt noch bei hohen Magnetfeldern für kleinere Nano-Größe Agenten beobachtet werden. Andernfalls trägt die Erhöhung der Rotationskorrelationszeit dominierend zu r 1 Verstärkung bei niedrigen magnetischen Feldern 27. Auf der anderen Seite hatte die Größe des dendrimeren Kontrastmittel eine ausgeprägte Wirkung auf die Quer relaxivity 28, was zu dem Wert von 30,5 ± 0,6 mM -1 s -1 pro Gd (III). Zusammenfassend sind die Methoden für die in vitro - Bewertung der DCA einfach und erfordern nur eine sorgfältige Probenvorbereitung, so werden keine Schwierigkeiten zu erwarten , wenn der Datenerfassung und der Analyse der Ergebnisse. Um die Leistung des dendrimeren Kontrastmittel und seine Leistung zeigen, den Bildkontrast zu beeinflussen, führten wir MRI Experimente an Rohr Phantome mit dem neu hergestellten Kontrastmittel DCA. Wir haben auch eine Lösung eines im Handel erhältlichen und klinisch MRI-Kontrastmittel zugelassen, GdDOTA, als Vergleich und Röhren mit Wasser als Kontrolle. In der ersten T 1 -gewichteten MRI Experiment, wenn gleiche Gd (III) Konzentrationen verwendet wurden (0,5 bzw. 1 mM Gd (III) in DCA oder GdDOTA) war das SNR in den Rohren mit DCA bereits bis zu 12% höher , da zu einer Steigerung von etwa 50% in Längs Relaxivität von DCA Vergleich zu GdDOTA (Fild 5a). Das zweite T 1 -gewichteten MRI Experiment wurde entworfen , um die Wirkung von DCA zu demonstrieren , wenn die Konzentrationen pro Molekül berechnet. Obwohl 5-mal weniger DCA angewendet wurde im Vergleich zu GdDOTA (50 vs. 250 uM oder 100 vs. 500 uM DCA vs. GdDOTA, respectively), eine hohe Beladung an DCA mit Gd (III) in einem signifikanten Zuwachs in der Bildkontrast ergab, die wiederum in Folge die beobachteten Werte SNR mindestens dreimal höher in den Phantomröhrchen mit DCA gefüllt. Expectedly, die beide T 2 -gewichtete MRI Experimente zeigten große (3-20 mal) Unterschiede in der SNR zwischen den Phantom Röhren gefüllt mit DCA und GdDOTA. Abschließend beschreibt dieses Protokoll eine bequeme Vorbereitung eines dendrimeren CA für MRI gemeinsamen Syntheseverfahren unter Verwendung von DCA zu schaffen, mit verbesserten Eigenschaften im Vergleich zu kleinforma CAs. DCA zeigt thermodynamische Stabilität und kinetische Inertheit bevorzugt im Vergleichzu seiner monomeren CA-Analoga. Dennoch ist die Multivalenz von DCA und damit die hohe lokale Konzentration der paramagnetischen Spezies in der Zielregion induziert einen hohen Kontrast in den MR-Bildern. Angesichts der oft vorzuziehen pharmakokinetischen Eigenschaften (zB Retentionszeit länger Gewebe) im Vergleich zu ihrem monomeren CA Analoga, oder die Fähigkeit , weitere Funktionalitäten zu tragen (beispielsweise gezielte Vektoren), diese dendrimeren-Makrocyclus Konjugate stellen eine vielversprechende und wertvolle Klasse von Kontrastmitteln für verschiedene Zukunft MRI und molekularen Bildgebungsanwendungen.

Die Magnetresonanztomographie (MRT) ist ein leistungsfähiges und nichtionisierende Bildgebungstechnik weit verbreitet in der biomedizinischen Forschung und der klinischen Diagnostik aufgrund seiner nicht-invasiven Natur und ausgezeichnete Eigenweichteilkontrast. Die am häufigsten verwendeten MRI Verfahren verwenden das Signal von Wasserprotonen erhalten wird, Bilder mit hoher Auflösung und die Bereitstellung detaillierter Informationen innerhalb der von Unterschieden in der Dichte der Wassersignale basierend Geweben. Die Signalintensität und die Spezifität der MRI-Experimente weiter verbessert werden kann unter Verwendung von Kontrastmitteln (CAs). Diese sind paramagnetische oder super Spezies , die die longitudinale (T 1) und Querrichtung (T 2) Relaxationszeiten beeinflussen bzw. 1,2. Komplexe der Lanthanid - Ion Gadolinium mit Polyaminogruppen Polycarbonsäure Liganden sind die am häufigsten verwendeten T 1 CAs. Gadolinium (III) verkürzt die T 1 EntspannungsZeit von Wasserprotonen zu erhöhen, so dass die Signalkontrast in der MRT - Experimente 3. Jedoch ionische Gadolinium ist giftig; dessen Größe etwa derjenigen von Calcium (II), und es wirkt sich stark Calcium-assisted in Zellen signalisieren. Daher Chelate azyklisch und makrocyclischen werden verwendet, um diese Toxizität zu neutralisieren. Verschiedene mehrzähnigen Liganden wurden bisher 1, was zu Gadolinium (III) -Komplexe mit hoher thermodynamischer Stabilität und kinetische Inertheit entwickelt. Diejenigen, auf der Basis der 12-glied azamacrocycle cyclen, insbesondere seine Tetra Derivat DOTA (1,4,7,10-Tetraazacyclododecan-1,4,7,10-tetraacetate) sind die am besten untersuchten und angewandte Komplexe dieser CA-Klasse. Dennoch GdDOTA-Typ CAs sind niedermolekulare Systeme und zeigt gewisse Nachteile wie geringe Kontrast Effizienz und schnelle renale Ausscheidung. Makromolekulare und mehrwertige CAs kann eine gute Lösung für diese Probleme 4 sein. Da CA biodistribution wird vor allem durch ihre Größe bestimmt, hochmolekularen CAs Anzeige viel längere Retentionszeiten innerhalb von Geweben. Ebenso wichtig ist , die Multivalenz dieser Mittel führt zu einer erhöhten lokalen Konzentration des monomeren MR - Sonde (beispielsweise GdDOTA complex), im wesentlichen den erfassten MR - Signals und die Messqualität zu verbessern. Dendrimere sind unter den am meisten bevorzugten Gerüste für die Herstellung von mehrwertigen CAs für MRI 4,5. Diese hochverzweigten Makromoleküle mit definierter Größen sind anfällig für verschiedene Kopplungsreaktionen auf ihrer Oberfläche. In dieser Arbeit berichten wir über die Herstellung, Reinigung und Charakterisierung eines dendrimeren CA für die MRT, bestehend aus einer Generation 4 (G4) Poly (Amidoamin) (PAMAM) Dendrimer gekoppelt GdDOTA artigen Chelate (DCA). Wir beschreiben die Synthese des reaktiven DOTA-Derivat und dessen Kopplung an das PAMAM-Dendrimer. Folge der Komplexbildung mit Gd (III), die Standard-physikochemische Charakterisierung procedure von DCA durchgeführt wurde. Schließlich wurden MRI-Experimente ausgeführt, um die Fähigkeit von DCA zu erzeugen MR-Bilder mit einem stärkeren Kontrast als die von niedermolekularen CAs erhalten zu demonstrieren.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="921">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Cyclen</td>
			<td style="width:275px;">CheMatech</td>
			<td style="width:136px;">C002</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">tert-Butyl bromoacetate&#160;</td>
			<td style="width:275px;">Alfa Aesar</td>
			<td style="width:136px;">A14917</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">N,N-Dimethylformamide</td>
			<td style="width:275px;">Fluka</td>
			<td style="width:136px;">40248</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Potassium carbonate</td>
			<td style="width:275px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:136px;">209619</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">4-(4-Nitrophenyl)butryic acid</td>
			<td style="width:275px;">Aldrich</td>
			<td style="width:136px;">335339</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:251px;">Thionyl chloride&#160;</td>
			<td style="width:275px;">Acros Organics</td>
			<td style="width:136px;">382662500</td>
			<td style="width:259px;">Note: Corrosive substance; toxic if inhaled</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:251px;">Bromine</td>
			<td style="width:275px;">Acros Organics</td>
			<td style="width:136px;">402841000</td>
			<td style="width:259px;">Note: causes severe skin burns, fatal if inhaled&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Diethyl ether</td>
			<td style="width:275px;">any source</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Sodium sulphate</td>
			<td style="width:275px;">Acros Organics</td>
			<td style="width:136px;">196640010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Chloroform&#160;</td>
			<td style="width:275px;">VWR Chemicals</td>
			<td style="width:136px;">22711.29</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:251px;">tert-Butyl 2,2,2-trichloroacetimidate</td>
			<td style="width:275px;">Aldrich</td>
			<td style="width:136px;">364789</td>
			<td style="width:259px;">Note: flammable substance; irritrant to skin and eyes</td>
		</tr>
		<tr height="67">
			<td height="67" style="height:67px;width:251px;">Boron trifluoride etherate</td>
			<td style="width:275px;">Acros Organics</td>
			<td style="width:136px;">174560250</td>
			<td style="width:259px;">48 % BF3. Note: Flammable substance; causes skin burns, fatal if inhaled&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Sodium bicarbonate</td>
			<td style="width:275px;">Acros Organics</td>
			<td style="width:136px;">424270010</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Ethyl-acetate</td>
			<td style="width:275px;">any source</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td>For column chromatography</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">n-Hexane</td>
			<td style="width:275px;">any source</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td>For column chromatography</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:251px;">Bulb-to-bulb (Kugelrohr) distillation apparatus</td>
			<td style="width:275px;">B&#252;chi</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td>Model type: Glass oven B-585</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Silicagel</td>
			<td style="width:275px;">Carl Roth GmbH</td>
			<td style="width:136px;">P090.2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Methanol</td>
			<td style="width:275px;">any source</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td>For column chromatography</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Dichloromethane&#160;</td>
			<td style="width:275px;">any source</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td>For column chromatography</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Ethanol</td>
			<td style="width:275px;">VWR Chemicals</td>
			<td style="width:136px;">20821.296</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Ammonia</td>
			<td style="width:275px;">Acros Organics</td>
			<td style="width:136px;">428381000</td>
			<td style="width:259px;">7N Solution in Methanol</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Palladium&#160;</td>
			<td style="width:275px;">Aldrich</td>
			<td style="width:136px;">643181</td>
			<td style="width:259px;">15 % wet</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Hydrogenation apparatus PARR</td>
			<td style="width:275px;">PARR Instrument Company</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Celite 503</td>
			<td style="width:275px;">Aldrich</td>
			<td style="width:136px;">22151</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Sintered glass funnel</td>
			<td style="width:275px;">any source</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Thiophosgen</td>
			<td style="width:275px;">Aldrich</td>
			<td style="width:136px;">115150</td>
			<td style="width:259px;">Note: irritrant to skin; toxic if inhaled</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Triethylamine</td>
			<td style="width:275px;">Alfa Aesar</td>
			<td style="width:136px;">A12646</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Dichloromethane&#160;</td>
			<td style="width:275px;">Acros Organics</td>
			<td style="width:136px;">348460010</td>
			<td style="width:259px;">Extra dry&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Magnetic stirrer</td>
			<td style="width:275px;">any source</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">PAMAM G4 Dendrimer</td>
			<td style="width:275px;">Andrews ChemService</td>
			<td style="width:136px;">AuCS - 297</td>
			<td style="width:259px;">&#160;10 % wt. solution in MeOH</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Lipophylic Sephadex LH-20</td>
			<td style="width:275px;">Sigma</td>
			<td style="width:136px;">LH20100</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Thin-layer chromatography plates</td>
			<td style="width:275px;">Merck Millipore</td>
			<td style="width:136px;">1.05554.0001</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Formic acid</td>
			<td style="width:275px;">VWR Chemicals</td>
			<td style="width:136px;">20318.297</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Lophylizer&#160;</td>
			<td style="width:275px;">any source</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:251px;">Gadollinium(III) chloride hexahydrate</td>
			<td style="width:275px;">Aldrich</td>
			<td style="width:136px;">G7532</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Sodium hydroxide</td>
			<td style="width:275px;">Acros Organics</td>
			<td style="width:136px;">134070010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">pH meter</td>
			<td style="width:275px;">any source</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:251px;">Ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt dihydrate</td>
			<td style="width:275px;">Aldrich</td>
			<td style="width:136px;">E5134</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Mass spectrometer (ESI)</td>
			<td style="width:275px;">Agilent</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td>Ion trap SL 1100&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Acetate buffer</td>
			<td style="width:275px;">any source</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td>pH 5.8</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Xylenol orange</td>
			<td style="width:275px;">Aldrich</td>
			<td style="width:136px;">52097</td>
			<td>20 &#956;M in acetate buffer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Hydrophylic Sephadex G-15</td>
			<td style="width:275px;">GE Healthcare</td>
			<td style="width:136px;">17-0020-01</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:251px;">Amicon Ultra-15 Centrifugal Filter Unit</td>
			<td style="width:275px;">Merck Millipore</td>
			<td style="width:136px;">UFC900324</td>
			<td style="width:259px;">Ultracel-3 membrane (MWCO 3000)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Centrifuge</td>
			<td style="width:275px;">any source</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">NMR spectrometer&#160;</td>
			<td style="width:275px;">Bruker</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:259px;">Avance III 300 MHz</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Topspin</td>
			<td style="width:275px;">Bruker</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:259px;">version 2.1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Combustion analysis instrument</td>
			<td style="width:275px;">EuroVector SpA</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:259px;">EuroEA 3000 Elemental Analyser&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">MALDI-ToF MS instrument</td>
			<td style="width:275px;">Applied Biosystems</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:259px;">Voyager-STR</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Deuteriumoxid</td>
			<td style="width:275px;">Carl Roth GmbH</td>
			<td style="width:136px;">6672.3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">tert-Butyl alcohol</td>
			<td style="width:275px;">Carl Roth GmbH</td>
			<td style="width:136px;">AE16.1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Vortex mixer</td>
			<td style="width:275px;">any source</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Norell NMR tubes</td>
			<td style="width:275px;">Deutero GmbH</td>
			<td style="width:136px;">507-HP-7</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">NMR coaxial tube</td>
			<td style="width:275px;">Deutero GmbH</td>
			<td style="width:136px;">coaxialb-5-7</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">DLS instrument</td>
			<td style="width:275px;">Malvern</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:259px;">Zetasizer Nano ZS</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">0.20 &#956;m PTFE filter&#160;</td>
			<td style="width:275px;">Carl Roth GmbH</td>
			<td style="width:136px;">KC94.1</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">HEPES</td>
			<td style="width:275px;">Fisher BioReagents</td>
			<td style="width:136px;">BP310</td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Plastic tube vials</td>
			<td style="width:275px;">any source</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:259px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Dotarem</td>
			<td style="width:275px;">Guerbet</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:259px;">NDC 67684-2000-1</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:251px;">MRI scanner</td>
			<td style="width:275px;">Bruker</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:259px;">BioSpec 70/30 USR magnet (7 T). Note: potential hazards related to high magnetic fields</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:251px;">RF coil</td>
			<td style="width:275px;">Bruker</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:259px;">dual frequency volume coil (RF RES 300 1H/19F 075/040 LIN/LIN TR)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Paravision (software)</td>
			<td style="width:275px;">Bruker</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:259px;">Version 5.1</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

preparation and in vitro characterization of dendrimer-based contrast agents for magnetic resonance imaging

Paramagnetische Komplexe von Gadolinium (III) mit acyclischen oder makrocyclischen Chelate sind die am häufigsten verwendeten Kontrastmittel (CAs) für die Magnetresonanztomographie (MRI). Ihr Zweck ist es, die Relaxationsrate von Wasserprotonen in Gewebe zu verbessern, wodurch die MR Bildkontrast und die Spezifität der MRI-Messungen. Strom klinisch zugelassenen Kontrastmittel sind niedermolekulare Moleküle, die vom Körper rasch gelöscht werden. Die Verwendung von Dendrimere als Träger von paramagnetischem Chelatoren kann eine wichtige Rolle bei der zukünftigen Entwicklung von effizienteren MRI-Kontrastmittel spielen. Insbesondere die Erhöhung der lokalen Konzentration der paramagnetischen Spezies führt zu einem höheren Signalkontrast. Darüber hinaus liefert diese CA eine längere Geweberetentionszeit aufgrund seines hohen Molekulargewicht und -größe. Hier zeigen wir, ein praktikables Verfahren zur Herstellung von hochmolekularen MRI-Kontrastmittel auf Basis von Poly (amidoamin) (PAMAM) Dendrimere mit monomacrozyklischen DOTA-Typ Chelatoren (DOTA - 1,4,7,10-Tetraazacyclododecan-1,4,7,10-tetraacetate). Die chelatbildende Einheit wurde durch Ausnutzen der Reaktivität des Isothiocyanat (NCS) Gruppe in Richtung der Aminoberflächengruppen des PAMAM Dendrimer beigefügten Thioharnstoff Brücken zu bilden. Dendrimeren Produkte wurden mittels Kernresonanzspektroskopie, Massenspektrometrie gereinigt und analysiert, und die Elementaranalyse. Schließlich wurden hochaufgelöste MR-Bilder aufgenommen und die Signal Kontraste aus dem vorbereiteten dendrimeren und den im Handel erhältlichen monomeren Mittel verglichen wurden erhalten.

Die Herstellung von DCA bestand aus zwei Stufen: 1) Synthese des monomeren DOTA-Typ - Chelator (Abbildung 1) und 2) Kopplung des Chelators mit dem G4 PAMAM Dendrimer und anschließende Herstellung der dendrimeren Gd (III) -Komplex (Figur 2) . In der ersten Stufe wird ein cyclen Basis DOTA-Typ Chelator vier Carbonsäuren und eine orthogonale Gruppe geeignet für die weitere synthetische Modifikationen enthielt, wurde hergestellt. Die Herstellung begann von 1 (DO3A- tert-butylester) 7, das mit tert - Butyl - 2-brom-4- (4-nitrophenyl) butanoat 8 alkyliert bereitzustellen DOTA-Derivat 2. Die Palladium-katalysierte Hydrierung reduziert die aromatische Nitrogruppe in 2 das Anilin 3 zu ergeben. Die Umwandlung von 3 mit Thiophosgen in das Isothiocyanat ergab 4 which wurde zuvor als ein Amin-reaktives Mittel zur Herstellung von dendrimeren CAs 17 verwendet. In der folgenden Stufe wurde der Makrocyclus 4 als Grund Monomereinheit in einer Kupplungsreaktion mit dem im Handel erhältlichen G4 PAMAM Dendrimer verwendet. Die Aminoberflächengruppen des Dendrimers reagieren mit den Isothiocyanat - Gruppen des Monomers 4 in Gegenwart einer Base. Der Überschuß an 4 wurde durch Grßenausschlußchromatographie entfernt , wobei ein lipophiler Gelfiltrationsmedium mit Methanol als Elutionsmittel verwendet wird . Die tert - Butyl - Ester auf dem erhaltenen Dendrimer-Konjugat makrocyclischen 5 wurden mit Ameisensäure hydrolysiert 6 zu ergeben, die dann in dem nächsten Schritt ohne Reinigung lyophilisiert und verwendet. Die Bildung von Gd (III) -Komplexe von DOTA-Makrocyclen Typ wurde durch Zugabe von GdCl 3 durchgeführt · 6H 2 O zu einer wßrigen Lösung of 6 unter Beibehaltung des pH - Wertes auf etwa 7. Der Überschuß an Gd (III) mit einem gemeinsamen Chelator Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) komplexiert wurde. mit einem hydrophilen Gel Filtrationsmedium mit Wasser als Eluent Der GdEDTA Komplex und überschüssiges EDTA wurden aus dem System durch Grßenausschlußchromatographie entfernt. Die verbleibenden kleinen Abmessungen Verunreinigungen wurden aus der Lösung durch Zentrifugation entfernt unter Verwendung von 3 kDa zentrifugalen Filtrationseinheiten. Nach der Synthese der Dendrimer-Konjugate Makrocyclus, einem kombinierten analytischen Ansatz wurde die Produkte zu charakterisieren, verwendet. Um die Oberfläche-amin Belegung von 5 und 6, 1 H - NMR - Spektren wurden , bestimmen , analysiert. Die Ergebnisse wurden verglichen und mit dem Endprodukt (DCA) bestätigt, wo die Beladung des Dendrimers mit Makrocyclen Elementaranalyse und MALDI-TOF Massenspektrometrie (Abbildung geschätzt wurde ,3). Eine Kombination dieser drei Verfahren führte zu einem Durchschnitt von 49 makrocyclischen Einheiten an die G4-Dendrimer konjugiert ist, die 75% Amingruppe Oberflächenbelegung auf ~ entspricht. Weitere Charakterisierung der dendrimeren Komplex enthalten Bestimmung der Relaxivity Werte in 6,2 ± 0,1 mM resultierende -1 sec -1 pro Gd (III) (oder ungefähr etwa 300 mM -1 s -1 pro Dendrimer) für die Längs Relaxivität und 30,5 ± 0,6 mM -1 s -1 pro Gd (III) (fast 1500 mM -1 s -1 pro Dendrimer) für die Quer Relaxivität. DLS - Messungen zeigten einen hydrodynamischen Durchmesser von 7,2 ± 0,2 nm für DCA (Abbildung 4). Schließlich wird die Wirkung des dendrimeren MRI-Kontrastmittel zu demonstrieren, wurde der MR-Bildgebung auf zwei Sätze von Phantomen mit DCA und der Klinik durchgeführtVerbündeter verfügbar GdDOTA zum Vergleich (Abbildung 5). Der erste Satz von Schemen wurden zum Zweck hergestellt, diese beiden Kontrastmittel bei identischen Gd (III) -Konzentrationen zu vergleichen, während der zweite Satz konzipiert wurde die Wirkung bei vergleichbarem Molekülkonzentrationen der dendrimeren und monomeren Kontrastmittel zu demonstrieren, respectively. <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/54776/54776fig1.jpg" /> Abbildung 1: Die Synthese der makrocyclischen DOTA-Typ - Chelator 4. Reagenzien, Bedingungen und isolierten Ausbeuten: (i) tert - Butyl - 2-brom-4- (4-nitrophenyl) butanoat, K 2 CO 3, DMF, 45 ° C 16 h, 72%; (ii) H 2, Pd / C, EtOH, RT, 16 h, 95%; (iii) CSCl 2, Et 3 N, RT, 2 h, 53%. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54776/54776fig1large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken</a> , um <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54776/54776fig1large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieses fi anzuzeigen</a><html> Abbildung. <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/54776/54776fig2.jpg" /> Abbildung 2: Die Synthese des dendrimeren MRT - Kontrastmittel DCA Reagenzien und Bedingungen: (i) 4, Et 3 N, DMF, 45 ° C, 48 h, 91%;. (Ii) Ameisensäure, 60 ° C, 24 h, quant; (iii) GdCl 3 ∙ 6 H 2 O, pH 7,0, RT, 24 h, 71%. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54776/54776fig2large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken</a> , um <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54776/54776fig2large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/54776/54776fig3.jpg" /> Abb . 3: Charakterisierung des dendrimeren Produkt mittels MALDI-TOF - Massenspektrometrie Ein typisches MALDI-TOF - Massenspektrum für DCA erhalten.rget = &quot;_ blank&quot;&gt; Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. <img alt="Abbildung 4" src="/files/ftp_upload/54776/54776fig4.jpg" /> Abb . 4:. Charakterisierung des dendrimeren Produkt mittels dynamischer Lichtstreuung (DLS) DLS Messung von DCA (HEPES, pH 7,4) <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54776/54776fig4large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54776/54776fig4large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Abbildung 5" src="/files/ftp_upload/54776/54776fig5.jpg" /> Abbildung 5: In vitro MRI Experimente an Rohr Phantome bei 7 T Magnetfeld (a, b) T 1 -gewichteten und (c, d) T 2 -gewichteten MRI von DCA und GdDOTA.. Jede MRI-Experiment wurde durchgeführt, mit<html> zwei verschiedene Konzentrationen des Kontrastmittels: (a, c) mit vergleichbaren Gd (III) -Konzentrationen (HEPES, pH 7,4); (B, d) mit einem DCA: GdDOTA Konzentrationsverhältnis von 1: 5 (HEPES, pH 7,4). Die Konzentrationen werden pro Molekül exprimiert und die SNR-Werte sind in Klammern dargestellt. Die Parameter in diesen Experimenten verwendet wurden , waren: Field-of-View (FOV) = 40 x 40 mm 2, Schichtdicke = 0,5 mm, die Anzahl der Anregungen (NEX) = 30; (A) Matrixgröße (MTX) = 256 x 256, Wiederholungszeit (TR) = 100 ms, Echozeit (TE) = 2,95 ms, Flipwinkel (FA) = 90 °, Erfassungszeit (TA) = 12 min 48 sec ; (B) MTX = 256 x 256, TR / TE = 20 / 2,95 ms, FA = 90 °, TA = 2 min 34 sec; (C) MTX = 512 x 512, TR / TE = 10.000 / 130 ms, Rare Faktor (RF) = 16, TA = 26 min 40 sec; (D) MTX = 512 x 512, TR / TE = 10.000 / 100 msec, RF = 16, TA = 26 min 40 sec.776fig5large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Bitte hier klicken, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

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Preparation and In Vitro Characterization of Dendrimer-based Contrast Agents for Magnetic Resonance Imaging

Dieses Protokoll beschreibt die Herstellung und Charakterisierung eines dendrimeren Magnetresonanztomographie (MRI), die Kontrastmittel trägt cyclen basierenden makrocyclischen Chelate paramagnetischen Ionen Gadolinium- koordinieren. In einer Reihe von MRI - Experimente in vitro produzierte dieses Mittel ein verstärktes MRI - Signal , wenn an dem handelsüblichen monomeren Analogon verglichen.

Vorbereitung und<em&gt; In Vitro</em&gt; Charakterisierung der für Magnetresonanz-Kontrastmittel Dendrimer-basierten

Paramagnetic complexes of gadolinium(III) with acyclic or macrocyclic chelates are the most commonly used contrast agents (CAs) for magnetic resonance ...

preparation-vitro-characterization-dendrimer-based-contrast-agents

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Chemistry

Preparation and In Vitro Characterization of Dendrimer-based Contrast Agents for Magnetic Resonance Imaging

9.8K Aufrufe.  Max Planck Institute for Biological Cybernetics.  Dieses Protokoll beschreibt die Herstellung und Charakterisierung eines dendrimeren Magnetresonanztomographie (MRI), die Kontrastmittel trägt cyclen basierenden makrocyclischen Chelate paramagnetischen Ionen Gadolinium- koordinieren. In einer Reihe von MRI - Experimente in vitro produzierte dieses Mittel ein verstärktes MRI - Signal , wenn an dem handelsüblichen monomeren Analogon verglichen. 

Serie: Preparation and In Vitro Characterization of Dendrimer-based Contrast Agents for Magnetic Resonance Imaging

Synthesis, Cellular Delivery and In vivo Application of Dendrimer-based pH Sensors

The development of fluorescent indicators represented a revolution for life sciences. Genetically encoded and synthetic fluorophores with sensing abilities allowed the visualization of biologically relevant species with high spatial and temporal resolution. Synthetic dyes are of particular interest thanks to their high tunability and the wide range of measureable analytes. However, these molecules suffer several limitations related to small molecule behavior (poor solubility, difficulties in targeting, often no ratiometric imaging allowed). In this work we introduce the development of dendrimer-based sensors and present a procedure for pH measurement in vitro, in living cells and in vivo. We choose dendrimers as ideal platform for our sensors for their many desirable properties (monodispersity, tunable properties, multivalency) that made them a widely used scaffold for several biomedical devices. The conjugation of fluorescent pH indicators to the dendrimer scaffold led to an enhancement of their sensing performances. In particular dendrimers exhibit reduced cell leakage, improved intracellular targeting and allow ratiometric measurements. These novel sensors were successfully employed to measure pH in living HeLa cells and in vivo in mouse brain.

Synthesis, Cellular Delivery and In vivo Application of Dendrimer-based pH Sensors

Fluorescence sensors are powerful tools in life science. Here we describe a methodology to synthesize and use dendrimer-based fluorescent sensors to measure pH in living cells and in vivo. The dendritic scaffold enhances the properties of conjugated fluorescent dyes leading to improved sensing properties.

Synthesis, Cellular Lieferung und<em&gt; In-vivo-</em&gt; Anwendung der Dendrimer-basierten pH-Sensoren

The development of  fluorescent indicators represented a revolution for life sciences. Genetically  encoded and synthetic fluorophores with sensing ...

Forschung

Chemie

Preparation and Characterization of SDF-1&#945;-Chitosan-Dextran Sulfate Nanoparticles

Chitosan (CS) and dextran sulfate (DS) are charged polysaccharides (glycans), which form polyelectrolyte complex-based nanoparticles when mixed under appropriate conditions. The glycan nanoparticles are useful carriers for protein factors, which facilitate the in vivo delivery of the proteins and sustain their retention in the targeted tissue. The glycan polyelectrolyte complexes are also ideal for protein delivery, as the incorporation is carried out in aqueous solution, which reduces the likelihood of inactivation of the proteins. Proteins with a heparin-binding site adhere to dextran sulfate readily, and are, in turn, stabilized by the binding. These particles are also less inflammatory and toxic when delivered in vivo. In the protocol described below, SDF-1&#945; (Stromal cell-derived factor-1&#945;), a stem cell homing factor, is first mixed and incubated with dextran sulfate. Chitosan is added to the mixture to form polyelectrolyte complexes, followed by zinc sulfate to stabilize the complexes with zinc bridges. The resultant SDF-1&#945;-DS-CS particles are measured for size (diameter) and surface charge (zeta potential). The amount of the incorporated SDF-1&#945; is determined, followed by measurements of its in vitro release rate and its chemotactic activity in a particle-bound form.

The objective of this protocol is to incorporate SDF-1&#945;, a stem cell homing factor, into dextran sulfate-chitosan nanoparticles. The resultant particles are measured for their size and zeta potential, as well as the content, activity, and in vitro release rate of SDF-1&#945; from the nanoparticles.

Herstellung und Charakterisierung von SDF-1α-Chitosan-Nanopartikel Dextransulfat

Chitosan (CS) and dextran sulfate (DS) are charged polysaccharides (glycans), which form polyelectrolyte complex-based nanoparticles when mixed under ...

Preparation and Characterization of Individual and Multi-drug Loaded Physically Entrapped Polymeric Micelles

Amphiphilic block copolymers like polyethyleneglycol-block-polylactic acid (PEG-b-PLA) can self-assemble into micelles above their critical micellar concentration forming hydrophobic cores surrounded by hydrophilic shells in aqueous environments. The core of these micelles can be utilized to load hydrophobic, poorly water soluble drugs like docetaxel (DTX) and everolimus (EVR). Systematic characterization of the micelle structure and drug loading capabilities are important before in vitro and in vivo studies can be conducted. The goal of the protocol described herein is to provide the necessary characterization steps to achieve standardized micellar products. DTX and EVR have intrinsic solubilities of 1.9 and 9.6 &#181;g/ml respectively Preparation of these micelles can be achieved through solvent casting which increases the aqueous solubility of DTX and EVR to 1.86 and 1.85 mg/ml, respectively. Drug stability in micelles evaluated at room temperature over 48 hr indicates that 97% or more of the drugs are retained in solution. Micelle size was assessed using dynamic light scattering and indicated that the size of these micelles was below 50 nm and depended on the molecular weight of the polymer. Drug release from the micelles was assessed using dialysis under sink conditions at pH 7.4 at 37 oC over 48 hr. Curve fitting results indicate that drug release is driven by a first order process indicating that it is diffusion driven.

The goal of this protocol is to describe the preparation and characterization of physically entrapped, poorly water soluble drugs in micellar drug delivery systems composed of amphiphilic block copolymers.

Herstellung und Charakterisierung von Einzel-und Multi-Wirkstoff beladen Körperlich Eingeschlossene Polymermicellen

Amphiphilic block copolymers like polyethyleneglycol-block-polylactic acid (PEG-b-PLA) can self-assemble into micelles above their critical micellar ...

Sequencing of Plant Wall Heteroxylans Using Enzymic, Chemical (Methylation) and Physical (Mass Spectrometry, Nuclear Magnetic Resonance) Techniques

This protocol describes the specific techniques used for the characterization of reducing end (RE) and internal region glycosyl sequence(s) of heteroxylans. De-starched wheat endosperm cell walls were isolated as an alcohol-insoluble residue (AIR)1 and sequentially extracted with water (W-sol Fr) and 1 M KOH containing 1% NaBH4 (KOH-sol Fr) as described by Ratnayake et al. (2014)2. Two different approaches (see summary in Figure 1) are adopted. In the first, intact W-sol AXs are treated with 2AB to tag the original RE backbone chain sugar residue and then treated with an endoxylanase to generate a mixture of 2AB-labelled RE and internal region reducing oligosaccharides, respectively. In a second approach, the KOH-sol Fr is hydrolyzed with endoxylanase to first generate a mixture of oligosaccharides which are subsequently labelled with 2AB. The enzymically released ((un)tagged) oligosaccharides from both W- and KOH-sol Frs are then methylated and the detailed structural analysis of both the native and methylated oligosaccharides is performed using a combination of MALDI-TOF-MS, RP-HPLC-ESI-QTOF-MS and ESI-MSn. Endoxylanase digested KOH-sol AXs are also characterized by nuclear magnetic resonance (NMR) that also provides information on the anomeric configuration. These techniques can be applied to other classes of polysaccharides using the appropriate endo-hydrolases.

Sequencing of Plant Wall Heteroxylans Using Enzymic, Chemical Methylation and Physical Mass Spectrometry, Nuclear Magnetic Resonance Techniques

This protocol describes the specific techniques used for the structural characterization of reducing end (RE) and internal region glycosyl sequence(s) of heteroxylans by tagging the RE with 2 aminobenzamide prior to enzymatic (endoxylanase) hydrolysis and then analysis of the resultant oligosaccharides using mass spectrometry (MS) and nuclear magnetic resonance (NMR).

Sequenzierung von Pflanzenwand Heteroxylane Mit Enzymatische, Chemical (Methylierungs) und Physical (Mass Spectrometry, Nuclear Magnetic Resonance) Techniques

This protocol describes the specific techniques used for the characterization of reducing end (RE) and internal region glycosyl sequence(s) of ...

Synthesis and Characterization of Supramolecular Colloids

Control over colloidal assembly is of utmost importance for the development of functional colloidal materials with tailored structural and mechanical properties for applications in photonics, drug delivery and coating technology. Here we present a new family of colloidal building blocks, coined supramolecular colloids, whose self-assembly is controlled through surface-functionalization with a benzene-1,3,5-tricarboxamide (BTA) derived supramolecular moiety. Such BTAs interact via directional, strong, yet reversible hydrogen-bonds with other identical BTAs. Herein, a protocol is presented that describes how to couple these BTAs to colloids and how to quantify the number of coupling sites, which determines the multivalency of the supramolecular colloids. Light scattering measurements show that the refractive index of the colloids is almost matched with that of the solvent, which strongly reduces the van der Waals forces between the colloids. Before photo-activation, the colloids remain well dispersed, as the BTAs are equipped with a photo-labile group that blocks the formation of hydrogen-bonds. Controlled deprotection with UV-light activates the short-range hydrogen-bonds between the BTAs, which triggers the colloidal self-assembly. The evolution from the dispersed state to the clustered state is monitored by confocal microscopy. These results are further quantified by image analysis with simple routines using ImageJ and Matlab. This merger of supramolecular chemistry and colloidal science offers a direct route towards light- and thermo-responsive colloidal assembly encoded in the surface-grafted monolayer.

A protocol for the synthesis and characterization of colloids coated with supramolecular moieties is described. These supramolecular colloids undergo self-assembly upon the activation of the hydrogen-bonds between the surface-anchored molecules by UV-light.

Synthese und Charakterisierung von supramolekularen Kolloid-

Control over colloidal assembly is of utmost importance for the development of functional colloidal materials with tailored structural and mechanical ...

Low-energy Cathodoluminescence for (Oxy)Nitride Phosphors

Nitride and oxynitride (Sialon) phosphors are good candidates for the ultraviolet and visible emission applications. High performance, good stability and flexibility of their emission properties can be achieved by controlling their composition and dopants. However, a lot of work is still required to improve their properties and to reduce the production cost. A possible approach is to correlate the luminescence properties of the Sialon particles with their local structural and chemical environment in order to optimize their growth parameters and find novel phosphors. For such a purpose, the low-voltage cathodoluminescence (CL) microscopy is a powerful technique. The use of electron as an excitation source allows detecting most of the luminescence centers, revealing their luminescence distribution spatially and in depth, directly comparing CL results with the other electron-based techniques, and investigating the stability of their luminescence properties under stress. Such advantages for phosphors characterization will be highlighted through examples of investigation on several Sialon phosphors by low-energy CL.

Low-energy Cathodoluminescence for OxyNitride Phosphors

An excellent chemical and luminescence stabilities of (oxy)nitride phosphors present it as an promising alternative to currently used sulfide and oxide phosphors. In this paper, we present the way to investigate its local luminescence properties using low-energy cathodoluminescence (CL).

Niederenergetische Kathodolumineszenz für (Oxy) Nitride Phosphore

Nitride and oxynitride (Sialon) phosphors are good candidates for the ultraviolet and visible emission applications. High performance, good stability and ...

In Situ Monitoring of Diffusion of Guest Molecules in Porous Media Using Electron Paramagnetic Resonance Imaging

A method is demonstrated to monitor macroscopic translational diffusion using electron paramagnetic resonance (EPR) imaging. A host-guest system with nitroxide spin probe 3-(2-Iodoacetamido)-2,2,5,5-tetramethyl-1-pyrrolidinyloxy (IPSL) as a guest inside the periodic mesoporous organosilica (PMO) aerogel UKON1-GEL as a host and ethanol as a solvent is used as an example to describe the protocol. Data is shown from a previous publication, where the protocol has been applied to both IPSL and Tris(8-carboxy-2,2,6,6-perdeutero-tetramethyl-benzo[1,2-d:4,5-d&#8242;]bis(1,3)dithiole) methyl (Trityl) as guest molecules and UKON1-GEL and SILICA-GEL as host systems. 
A method is shown to prepare aerogel samples that cannot be synthesized directly in the sample tube for measurement due to a size change during synthesis. The aerogel is attached to sample tubes using heat shrink tubing and a pressure cooker to reach the necessary temperature without evaporating the solvent in the process. The method does not assume a clearly defined initial distribution of guest molecules at the start of the measurement. Instead, it requires a reservoir on top of the aerogel and experimentally determines the influx rate during data analysis.
The diffusion is monitored continually over a period of 20 hr by recording the 1d spin density profile within the sample. The spectrometer settings for the imaging experiment are described quantitatively. Data analysis software is provided to take the resonator sensitivity profile into account and to numerically solve the diffusion equation. The software determines the macroscopic translational diffusion coefficient by least square minimization of the difference between the experiment and the numerical solution of the diffusion equation.

In Situ Monitoring of Diffusion of Guest Molecules in Porous Media Using Electron Paramagnetic Resonance Imaging

A protocol for the in situ monitoring of the diffusion of guest molecules in porous media using electron paramagnetic resonance (EPR) imaging is presented.

In Situ Überwachung der Diffusion von Gastmolekülen in porösen Medien Mit Elektronenspintomographie

A method is demonstrated to monitor macroscopic translational diffusion using electron paramagnetic resonance (EPR) imaging. A host-guest system with ...

DNA-magnetic Particle Binding Analysis by Dynamic and Electrophoretic Light Scattering

Isolation of DNA using magnetic particles is a field of high importance in biotechnology and molecular biology research. This protocol describes the evaluation of DNA-magnetic particles binding via dynamic light scattering (DLS) and electrophoretic light scattering (ELS). Analysis by DLS provides valuable information on the physicochemical properties of particles including particle size, polydispersity, and zeta potential. The latter describes the surface charge of the particle which plays major role in electrostatic binding of materials such as DNA. Here, a comparative analysis exploits three chemical modifications of nanoparticles and microparticles and their effects on DNA binding and elution. Chemical modifications by branched polyethylenimine, tetraethyl orthosilicate and (3-aminopropyl)triethoxysilane are investigated. Since DNA exhibits a negative charge, it is expected that zeta potential of particle surface will decrease upon binding of DNA. Forming of clusters should also affect particle size. In order to investigate the efficiency of these particles in isolation and elution of DNA, the particles are mixed with DNA in low pH (~6), high ionic strength and dehydration environment. Particles are washed on magnet and then DNA is eluted by Tris-HCl buffer (pH = 8). DNA copy number is estimated using quantitative polymerase chain reaction (PCR). Zeta potential, particle size, polydispersity and quantitative PCR data are evaluated and compared. DLS is an insightful and supporting method of analysis that adds a new perspective to the process of screening of particles for DNA isolation.

This protocol describes the synthesis of magnetic particles and evaluation of their DNA-binding properties via dynamic and electrophoretic light scattering. This method focuses on monitoring changes in particle size, their polydispersity and zeta potential of particle surface which play major role in binding of materials such as DNA.

DNA-Magnetpartikel verbindlich Analyse durch dynamische und elektrophoretische Lichtstreuung

Isolation of DNA using magnetic particles is a field of high importance in biotechnology and molecular biology research. This protocol describes the ...

Preparation and Characterization of C60/Graphene Hybrid Nanostructures

Physical thermal deposition in a high vacuum environment is a clean and controllable method for fabricating novel molecular nanostructures on graphene. We present methods for depositing and passively manipulating C60 molecules on rippled graphene that advance the pursuit of realizing applications involving 1D C60/graphene hybrid structures. The techniques applied in this exposition are geared towards high vacuum systems with preparation areas capable of supporting molecular deposition as well as thermal annealing of the samples. We focus on C60 deposition at low pressure using a homemade Knudsen cell connected to a scanning tunneling microscopy (STM) system. The number of molecules deposited is regulated by controlling the temperature of the Knudsen cell and the deposition time. One-dimensional (1D) C60 chain structures with widths of two to three molecules can be prepared via tuning of the experimental conditions. The surface mobility of the C60 molecules increases with annealing temperature allowing them to move within the periodic potential of the rippled graphene. Using this mechanism, it is possible to control the transition of 1D C60 chain structures to a hexagonal close packed quasi-1D stripe structure.

Preparation and Characterization of C60/Graphene Hybrid Nanostructures

Here we present a protocol for the fabrication of C60/graphene hybrid nanostructures by physical thermal evaporation. Particularly, the proper manipulation of deposition and annealing conditions allow the control over the creation of 1D and quasi 1D C60 structures on rippled graphene.

Herstellung und Charakterisierung von C60/Graphene Hybrid Nanostructures

Physical thermal deposition in a high vacuum environment is a clean and controllable method for fabricating novel molecular nanostructures on graphene. We ...

Photoelectron Imaging of Anions Illustrated by 310 Nm Detachment of F&#8722;

Anion photoelectron imaging is a very efficient method for the study of energy states of bound negative ions, neutral species and interactions of unbound electrons with neutral molecules/atoms. State-of-the-art in vacuo anion generation techniques allow application to a broad range of atomic, molecular, and cluster anion systems. These are separated and selected using time-of-flight mass spectrometry. Electrons are removed by linearly polarized photons (photo detachment) using table-top laser sources which provide ready access to excitation energies from the infra-red to the near ultraviolet. Detecting the photoelectrons with a velocity mapped imaging lens and position sensitive detector means that, in principle, every photoelectron reaches the detector and the detection efficiency is uniform for all kinetic energies. Photoelectron spectra extracted from the images via mathematical reconstruction using an inverse Abel transformation reveal details of the anion internal energy state distribution and the resultant neutral energy states. At low electron kinetic energy, typical resolution is sufficient to reveal energy level differences on the order of a few millielectron-volts, i.e., different vibrational levels for molecular species or spin-orbit splitting in atoms. Photoelectron angular distributions extracted from the inverse Abel transformation represent the signatures of the bound electron orbital, allowing more detailed probing of electronic structure. The spectra and angular distributions also encode details of the interactions between the outgoing electron and the residual neutral species subsequent to excitation. The technique is illustrated by the application to an atomic anion (F&#8722;), but it can also be applied to the measurement of molecular anion spectroscopy, the study of low lying anion resonances (as an alternative to scattering experiments) and femtosecond (fs) time resolved studies of the dynamic evolution of anions.

Here, we present a protocol for photoelectron imaging of anionic species. Anions generated in vacuo and separated by mass spectrometry are probed using velocity mapped photoelectron imaging, providing details of anion and neutral energy levels, anion and neutral structure and the nature of the anion electronic state.

Photoelektronen Bildgebung von Anionen illustriert von 310 Nm Ablösung der F−

Anion photoelectron imaging is a very efficient method for the study of energy states of bound negative ions, neutral species and interactions of unbound ...