BiF3의 손쉬운 제작:고효율 컴퓨터 단층 촬영 이미징을 위한 Ln(Ln =Gd, Yb, Er)@PVP 나노 입자

초록

X선 컴퓨터 단층촬영(CT)은 임상 실습에서 널리 사용되어 왔으며 Iohexol과 같은 조영제는 종종 정상 조직과 병든 조직 간의 CT 영상의 대비를 향상시키는 데 사용됩니다. 그러나 이러한 조영제는 약간의 독성을 가질 수 있습니다. 따라서 새로운 CT 조영제가 시급히 필요하다. 높은 원자 번호(Z =83), 저렴한 비용, 우수한 생물학적 안전성 및 우수한 X선 감쇠 특성(5.74cm² ) kg⁻¹ 100keV)에서 비스무트는 나노 크기 CT 조영제 분야의 연구원들로부터 큰 관심을 받았습니다. 여기에서 BiF₃를 합성했습니다. :평균 입자 크기가 약 380nm인 Ln@PVP 나노 입자(NP)입니다. 폴리비닐피롤리돈(PVP)으로 코팅한 후 BiF₃ :Ln@PVP 나노입자는 안정성과 생체적합성이 우수함. 한편, 임상조영제 Iohexol에 비해 BiF₃ :Ln@PVP NPs는 in vitro CT 영상의 대비가 더 우수하였다. 그 후, BiF₃로 in situ 주입 후 :Ln@PVP NPs, 주입 후 종양 부위의 CT 값은 주입 전보다 유의하게 높았습니다(주사 전 및 주입 후의 CT 값은 각각 48.9 HU 및 194.58 HU). 위장관(GI)의 형태는 BiF₃ 경구 투여 후 시간이 지남에 따라 명확하게 관찰될 수 있습니다. :Ln@PVP NP. 마지막으로 BiF₃ :Ln@PVP NP는 GI관에 명백한 손상 없이 경구 투여 48시간 이내에 마우스의 GI관에서 완전히 배출되었습니다. 요약하면 쉽게 합성된 BiF₃ :Ln@PVP NPs는 잠재적인 임상 조영제로 사용될 수 있으며 CT 영상에서 광범위한 응용 전망을 가질 수 있습니다.

소개

X선 컴퓨터 단층촬영(CT)은 높은 해상도와 저렴한 가격으로 내부 조직과 장기를 단면적으로 촬영할 수 있다[1, 2]. 따라서 호흡기 질환, 소화기 질환, 비뇨기계 질환을 진단하는 중요한 수단이다[3,4,5,6,7,8]. 그러나 CT는 때때로 병든 조직과 정상 조직 사이의 대비가 낮습니다. 따라서 Iohexol과 같은 조영제는 병든 조직의 X선 감쇠를 특이적으로 향상시키기 위해 임상 실습에서 널리 사용됩니다. 그러나 임상용 조영제는 CT 검출기의 감도가 낮아 고용량으로 사용되는 경우가 많다[9]. 또한 상업적인 요오드 기반 조영제는 신체에서 매우 빠른 신진대사를 일으키고 심장 질환 및 신독성을 포함한 심각한 부작용을 가지고 있습니다. 이러한 문제는 임상 사용을 제한하므로 시급히 해결해야 합니다[10,11,12,13,14,15].

나노 물질은 환경 개선, 광전지 응용, 촉매 등의 광범위한 응용 전망을 보여주었습니다[16,17,18,19,20,21]. 예를 들어, Balati et al. [22] 이종구조 광촉매(HBTiO₂ /RBIHM-MoS₂ ) 액체 중 펄스 레이저 절제(PLAL)를 사용한 후 마이크로파 조사. 나노 물질은 이미징 및 치료를 포함한 의학에서도 널리 사용되었습니다.

금(Au), 탄탈륨(Ta), 백금(Pt) 및 기타 높은 X선 감쇠를 갖는 원소들이 연구자들의 관심을 받고 있으며, 이들 원소로부터 합성된 나노물질은 CT 영상을 위한 잠재적인 조영제로 잘 연구되고 있습니다. 1, 12, 13, 14, 15, 23, 24]. 그러나 높은 가격과 불확실한 생물학적 안전성으로 인해 추가 사용이 제한됩니다. 비스무트(Bi)는 저가의 바이오안전원소로 잘 알려져 있습니다. 그것은 임상 실습에서 사용되었으며 Helicobacter pylori의 병용 요법에서 중요한 역할을 합니다. 및 만성 간 질환 및 위 및 십이지장 궤양을 비롯한 기타 질환. 치료 중 생물학적 안전성과 내성이 뛰어납니다[7, 25]. 또한 Bi는 HA-BiO NPs, Bi₂와 같은 나노 스케일 조영제의 제조에 사용되었습니다. S₃ , BION 및 Bi₂ 테₃ 높은 원자 번호(Z =83) 및 우수한 X선 감쇠 용량(5.74cm² ) kg⁻¹ 100keV에서) [26,27,28,29].

예를 들어, Mohsen Mahvi et al. 합성된 Bi₂ 테₃ 상업용 Iohexol보다 더 나은 X선 감쇠 계수를 나타내는 마이크로파 보조 폴리올 공정을 통한 나노플레이크 [29]. 따라서 Bi는 고성능 CT 조영제를 구성하는 유망한 요소입니다. 그러나 Bi 기반 나노조영제의 제조는 복잡하다[30, 31].

여기에서 BiF₃를 제작하기 위해 손쉬운 저비용 프로토콜을 통해 Bi와 란탄족(Gd, Yb, Er)을 결합했습니다. :Ln@PVP 나노입자(NP). 그런 다음 CT 이미징을 위한 대비를 생성할 수 있는 가능성을 조사했습니다. 샘플을 PVP, BiF₃로 코팅한 후 :Ln@PVP NPs는 우수한 안정성과 낮은 생물학적 독성을 보였다. 이 샘플은 시험관 내에서 시판되는 Iohexol보다 X선 감쇠가 더 우수하고 생체 내 대비가 좋으며 훌륭한 위장관 CT 영상을 제공합니다. 중요한 것은 BiF₃를 48시간 동안 경구 투여한 후 :Ln@PVP, 나노입자는 체내에서 완전히 배출되어 간, 신장과 같은 중요한 장기에 명백한 손상을 나타내지 않았습니다. 우리는 우리의 연구가 나노규모 CT 조영제의 임상적 사용을 위한 새로운 이론적 기초를 제공할 수 있다고 믿습니다.

방법

동물 실험을 포함한 모든 실험 프로토콜은 중국 푸젠성 샤먼 대학교 윤리 위원회의 승인을 받았습니다.

재료 및 시약

비스무트 질산염 5수화물(Bi(NO₃ )₃ ·5H₂ O, ≥ 99.99%), 불화암모늄(NH₄ F, ≥ 99.99%), 질산이테르븀 육수화물(Yb(NO₃) )₃ ·6H₂ O, ≥ 99.9%), 질산에르븀 육수화물(Er(NO₃) )₃ ·6H₂ O, ≥ 99.9%), 가돌리늄나이트레이트 6수화물(Gd(NO₃) )₃ ·6H₂ O, ≥ 99.9%), polyvinylpyrrolidone(PVP, ≥ 99.0%) 및 Iohexol(≥ 99.0%)은 Aladdin Reagents(Shanghai, China)에서 구입했습니다. 살아 있는 세포 염색 키트와 세포 계수 키트-8(CCK-8)은 Yeasen(Shanghai, China)에서 구입했습니다. RPMI 배지 1640, 페니실린, 스트렙토마이신 및 소태아혈청(FBS)은 Gibco(미국 뉴욕)에서 구입했습니다.

BiF 제작₃ :Ln@PVP NP

BiF₃ :Ln@PVP NP는 열수 접근법을 통해 합성되었습니다. 구체적으로, 1mmol Ln(NO₃ )₃ , (Ln =Yb, Er 및 Gd) 및 1mmol Bi(NO₃ )₃ 5-mL 탈이온수(DI) 및 30-mL 에틸렌 글리콜을 포함하는 35-mL 용액에 용해되어 투명한 용액 A를 형성했습니다. 이를 0.5g PVP(M_W =10,000)을 넣고 실온에서 10분 동안 교반합니다. NH₄ F(20mmol)를 10mL DI에 용해하여 용액 B를 형성했습니다. 그런 다음 용액 B를 용액 A에 붓고 20분 동안 교반한 후 흰색 혼합 용액 C를 형성했습니다. 그런 다음 용액 C를 50mL 오토클레이브에 넣고 24시간 동안 180°C로 가열했습니다. 24시간이 지나면 온도가 자연스럽게 실온으로 떨어졌습니다. 마지막으로 샘플을 원심분리(8000rpm, 3분)하고 DI와 알코올로 헹구어 미반응 물질을 씻어냈습니다. 마지막 샘플은 동결 건조에 의해 수집되었습니다.

BiF의 특성₃ :Ln@PVP NP

BiF₃의 형태 :Ln@PVP 나노입자는 300kV의 동작전압에서 투과전자현미경(TEM, TECNAI G20 F30 TWIN, Oxford)으로 검출되었다. 나노입자의 조성은 지도 분석을 포함한 TEM의 에너지 분산 스펙트럼(EDS)으로 분석하였다. 푸리에 변환 적외선 분광기(FTIR, Thermo Scientific Nicolet iN10 MX spectrometer, USA)를 사용하여 샘플의 기능 그룹을 구별했습니다. BiF₃의 결정 구조 및 위상 특징 :Ln@PVP NP는 40kV 및 40mA 조건에서 Cu Kα 방사선과 함께 분말 X선 회절(XRD, D8 Advance)을 사용했습니다. DI 및 PBS(pH 7.4)에 분산된 나노입자의 크기 분포를 동적 광산란(DLS, Brookhaven Instruments-Omni, USA)으로 조사했습니다.

세포주 및 세포 배양:HepG2 세포는 중국 과학 아카데미(중국 상하이)의 세포 은행에서 가져온 것입니다. 세포는 37°C 및 5% CO2하에서 10% 소태아 혈청(FBS) 및 1% 페니실린-스트렙토마이신을 함유하는 RPMI 배지 1640에서 배양되었습니다. 정황. 배양 배지는 격일로 교체되었습니다.

BiF의 세포적합성₃ :Ln@PVP NP 체외

BiF₃의 세포적합성 :Ln@PVP NPs는 live-dead assay와 CCK-8 assay로 in vitro에서 추정하였다. 구체적으로, HepG2 세포를 수집하여 5.0 × 10⁵ 공초점 접시에 파종했습니다. . 그 다음 세포를 밤새 배양하였다. BiF₃ :Ln@PVP NP 현탁액을 다른 농도(100, 200, 400μg/mL)로 세포에 첨가하고 실험군으로 설정하였다. 한편, 나노입자가 없는 배지를 첨가하여 대조군으로 하였다. 이후 실험군과 대조군 모두 24시간 동안 배양하였다. 24시간 후 원래 배지를 부드럽게 제거하고 제조업체에서 제공한 프로토콜에 따라 살아있는 죽은 분석을 수행했습니다. 간단히 말해서, 살아있는 세포는 Calcein-AM을 통해 표지되었고 죽은 세포는 propidium iodide(PI)로 염색되었습니다. 그런 다음 공초점 현미경(Nikon, Japan)으로 세포를 관찰했습니다.

BiF₃의 세포독성을 추가로 결정하기 위해 CCK-8 분석을 수행했습니다. :시험관 내 Ln@PVP NP. 구체적으로, HepG2 세포를 수집하여 웰당 3000개의 세포가 있는 96-웰 플레이트에 파종하고 인큐베이터에서 밤새 배양하였다. BiF₃의 다양한 농도 :Ln@PVP NP(0, 25, 50, 100, 200, 400μg/mL)를 세포와 혼합하여 24시간 배양하였다. CCK-8 시약(10μL)을 각 웰에 첨가하고 37°C 조건에서 2시간 동안 인큐베이션했습니다. 이후 SPECTRA max Microplate Reader(model 680, Bio-Rad, Tokyo, Japan)를 사용하여 450nm에서 각 well의 OD 값을 측정하고 제조사에서 제공한 공식에 따라 각 농도별 cell viability를 계산하였다. 이 실험은 세 번 반복되었습니다.

동물

암컷 BALB/c 누드 마우스(4-6주령)는 Xiamen University Laboratory Animal Center(Xiamen, China)에서 입수했습니다. 생쥐는 멸균 환경에서 사육되었고 12시간의 명암 주기 동안 유지되었습니다. 동물에게 HepG2 세포(1.0 × 10⁷ /mL) 종양 형성을 유도하기 위해 피하. 이 작업의 모든 동물 실험은 Xiamen University의 동물 관리 및 사용 위원회에서 승인한 프로토콜에 따라 수행되었습니다.

BiF의 생체 적합성₃ :생체 내 Ln@PVP NPs

BiF₃의 생체적합성을 관찰하기 위해 조직학적 분석이 사용되었습니다. :생체 내 Ln@PVP NP. 실험군 쥐에게 BiF₃ 주사 :꼬리 정맥을 통해 200mg/kg의 Ln@PVP NP 현탁액; 대조군 마우스에 동일한 부피의 PBS를 정맥내 주사하였다. 24시간 후, 심장, 간, 비장, 폐, 신장, 뇌를 포함한 주요 장기는 마우스가 희생된 후 즉시 제거되었습니다. 모든 장기를 4% 파라포름알데히드 고정제로 12시간 동안 고정한 후 파라핀에 포매하고 슬라이스했습니다. 마지막으로 헤마톡실린-에오신(H&E) 염색을 수행했습니다. 직립형광현미경(Leica DM2700 P, Germany)으로 장기의 형태를 평가하고 포착하였다.

BiF의 CT 성능₃ :Ln@PVP NPs In Vitro 및 In Vivo

BiF₃의 적용을 연구하려면 :Ln@PVP NPs in vitro CT 이미징, BiF₃ :Ln@PVP NP 및 Iohexol 현탁액을 준비하고 0, 0.625, 1.25, 2.5, 5.0, 10.0 및 20.0mg/mL로 희석하고 0.3mL Eppendorf 튜브에 제거했습니다. BiF₃의 CT 이미지 및 해당 CT 값 :Ln@PVP NP 및 Iohexol 현탁액을 각각 50kV 및 80kV의 작동 전압으로 X선 CT 기기(Siemens)로 획득하고 기록했습니다. 다음으로 BiF₃의 CT 이미징 능력 :생체 내 Ln@PVP NP를 연구했습니다. BiF₃ :Ln@PVP NP 현탁액을 종양이 있는 누드 마우스에 200mg/kg(100μL)으로 종양 내 주사했습니다. 그 후, 마우스를 마취하고 X선 CT 기계(Siemens, 80kV, 88μA)를 사용하여 BiF₃ 투여 전후의 CT 이미지를 캡처했습니다. :Ln@PVP.

BiF의 CT 성능₃ :GI관 및 조직학적 분석의 Ln@PVP NPs

BiF₃의 가치를 더 탐구하려면 :CT 영상에서 Ln@PVP NPs, 마우스는 밤새 금식하고 BiF₃를 경구 투여했습니다. :위관을 통해 Ln@PVP NP 현탁액(300μL, 20mg/mL). 그런 다음 마우스를 클로랄 수화물로 복강 내 마취시켰다. 다음으로 서로 다른 간격(0, 15분, 30분, 120분, 6시간, 12시간, 24시간, 48시간)의 GI 이미지를 80kV에서 캡처했습니다. 마지막으로, 마우스의 3D 모델은 CT 기계를 통해 재구성되었습니다. 그런 다음 마우스를 희생시키고 위, 소장 및 대장을 제거하고 12시간 동안 4% 파라포름알데히드로 고정했습니다. 그런 다음 이들을 파라핀에 포매하고 H&E 염색 전에 절단하여 BiF₃의 위장 독성을 평가했습니다. :Ln@PVP NPs.

통계 분석

날짜는 일원 ANOVA를 사용하여 분석되었습니다. 피 value <0.05는 모든 분석에서 통계적으로 유의한 것으로 간주되었습니다(95% 신뢰 수준).

결과 및 토론

BiF의 제조 및 물리화학적 특성₃ :Ln@PVP NP

먼저 BiF₃ :열수 반응을 통해 Ln@PVP 나노입자를 제조하였다(Scheme 1). 그림 1A는 BiF₃의 형태를 보여줍니다. :TEM에 의한 Ln@PVP NP. BiF₃ :Ln@PVP 나노입자는 균일한 구형 구조를 가지고 있습니다. BiF₃의 평균 크기 :Ln@PVP NPs는 약 380nm로 고르게 분산되어 있습니다. 삽입 그림은 나노 입자가 상대적으로 좁은 입자 크기 분포를 가지고 있음을 보여줍니다(오른쪽 아래). BiF₃의 구성 :BiF₃의 형태를 평가한 후 Ln@PVP NP를 EDS로 분석 :Ln@PVP NP. 그림 1B–F는 BiF₃의 암시야 이미지를 보여줍니다. :원소 분석 전의 Ln@PVP NPs. 결과는 우리의 나노 입자가 주로 Gd, Yb, Er 및 Bi 요소로 구성되어 BiF₃ :Ln@PVP NP가 성공적으로 합성되었습니다.

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BiF₃의 개략도 :Ln@PVP NPs 합성과정 및 응용

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BiF_3:의 형태 및 입자 크기 Ln@PVP NP. A BiF_3:의 TEM 이미지 Ln@PVP NP 및 입자 크기 분포(오른쪽 하단). 나 –F BiF_3: 이미지의 암시야 TEM Gd, Yb, Bi 및 Er의 Ln@PVP NP 및 해당 TEM 원소 지도

PVP는 나노물질의 생체적합성과 안정성을 향상시키는 효과적인 안정제이다[32]. 따라서 우리는 이전에 보고된 바와 같이 PVP로 나노입자를 수정했습니다[33]. FTIR 스펙트럼을 사용하여 PVP가 나노 입자 표면에 성공적으로 코팅되었는지 여부를 확인했습니다(그림 2). 1658 및 1293cm^-1 에서 C=O 그룹의 강한 흡수 피크와 C–N 그룹 피크가 있었습니다. , 각각. 이는 나노입자 표면의 PVP 코팅이 완료되었음을 나타내는 PVP에서 나온 것입니다[34]. BiF₃의 XRD 패턴 :Ln@PVP NP는 그림 3에 나와 있습니다. 그림 3A는 모든 피크가 표준 카드 BiF_3:와 잘 일치함을 보여줍니다. BiF₃ :Ln@PVP NP가 성공적으로 준비되었습니다. BiF₃의 원자 매개변수 구조는 Diamond 소프트웨어를 통해 표준 cif 카드의 초기 매개변수로 사용할 수 있습니다. 표준 구조는 PDF 74-0144, a를 생성했습니다. =ㄴ =ㄷ =5.865 Å, V =201.75(3) Å 및 밀도(c ) =8.755. BiF₃ C축에서 보았을 때 결정구조는 A축에 수직인 방향으로 층이 적층되어 있고(Fig. 4B), A축에서 보면 Bi가 원자의 중심에 위치하는 것을 볼 수 있다(Fig. 4B). 4C). 이 결과는 BiF₃ :Ln@PVP NPs는 좋은 결정 구조를 가지고 있으며 표면 코팅은 BiF₃의 결정 구조에 약간만 영향을 미칩니다. :Ln@PVP NPs.

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BiF_3:의 FTIR 스펙트럼 Ln@PVP NP. 파란색 선은 BiF₃의 초기 흡수 피크를 나타냅니다. :Ln. 빨간색 선은 나노입자 표면에 PVP를 변형시킨 후의 흡수 피크를 나타냅니다.

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BiF₃의 XRD 패턴 :Ln@PVP NP. A BiF₃의 모든 피크 :Ln은 표준 카드 BiF₃와 잘 일치합니다. :Ln 데이터(PDF 74-0144). 나 C 축 및 C에서 원자 분포 보기 A 축을 따라 좌표 표시

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BiF₃의 안정성 및 세포 적합성 :Ln@PVP NP. A BiF₃의 유체역학적 직경 :DI 및 B의 Ln@PVP NP PBS(pH 7.4). ㄷ 생사 분석 및 D 다양한 농도의 BiF₃로 처리된 HepG2 세포의 CCK-8 분석 :24시간 동안 Ln@PVP NP

BiF의 안정성 및 세포 적합성₃ :Ln@PVP NP

나노 입자의 분산 크기는 생물학적 시스템과의 상호 작용에 영향을 미칠 수 있으므로 다양한 용액에서 나노 입자의 분산 크기를 연구할 필요가 있다[33]. 그림 4A, B는 BiF_3: Ln@PVP NP는 DI 및 PBS(pH =7.4)에서 비교적 좁은 분포를 가지며, 이는 BiF_3: Ln@PVP NP는 다양한 솔루션에서 우수한 안정성을 보입니다. 따라서 생물학적 응용에 적합합니다.

BiF₃의 세포독성 :BiF_3:임을 증명한 후 Ln@PVP NP를 연구했습니다. Ln@PVP NP는 다양한 솔루션에서 우수한 안정성을 보입니다. 살아있는 죽은 실험은 BiF_3:의 세포독성을 평가했습니다. Ln@PVP NP. BiF₃의 농도에서 명백한 적색 형광은 관찰되지 않았습니다. :Ln@PVP NP 현탁액이 400 µg/mL에 도달하고 HepG2 세포와 함께 24시간 동안 배양했습니다(대조군과 비교, 그림 4C). 이는 실험군에서 유의미한 세포사멸이 없었다는 것을 나타낸다. 이어서, BiF₃의 세포독성을 추가로 연구하기 위해 CCK-8 분석을 수행했습니다. :Ln@PVP NP. 그림 4D는 다양한 농도의 BiF₃와 함께 배양된 HepG2 세포의 세포 생존율을 보여줍니다. :24시간 동안 Ln@PVP NP 현탁액, HepG2 세포의 실험군 모두 상대적으로 높은 세포 생존율을 보였다. 또한 BiF_3:의 농도에서 세포 생존율은 85.96%로 높았습니다. Ln@PVP NP 현탁액이 400μg/mL에 도달했습니다. 이 결과는 BiF_3: Ln@PVP NP는 시험관 내에서 유리한 생체 적합성을 가졌으며, 이는 BiF₃ 표면에 PVP가 코팅되어 있기 때문일 수 있습니다. :Ln@PVP NPs.

BiF의 생체 적합성₃ :생체 내 Ln@PVP NPs

낮은 세포독성에 더하여, 우수한 생체내 생체적합성은 조영제의 임상적 사용을 위한 또 다른 필수 조건이다[35]. 따라서 BiF_3: Ln@PVP NP 현탁액을 준비하고 꼬리 정맥을 통해 200mg/kg(100μL)으로 마우스에 주입했습니다. 동일한 부피의 PBS 용액을 주입하고 대조군으로 설정하였다. 24시간 후, 마우스를 희생시키고 부검하는 동안 주요 장기를 적출했습니다. 시스템 독성을 평가하기 위해 H&E 염색을 수행했습니다. 그림 5는 BiF₃ 후 명백한 병리학적 이상이 없음을 보여줍니다. :24시간 동안 Ln@PVP NP 관리 이 결과는 BiF₃ :Ln@PVP 나노입자는 생체적합성이 우수하여 위에서 보인 낮은 세포독성과 일치합니다.

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BiF₃ 전후 주요 장기의 H&E 염색 이미지 :Ln@PVP NP 관리(축척 막대 200µm)

BiF의 능력₃ :Ln@PVP NP 체외 CT 이미징

높은 원자 번호를 가진 요소는 X선 감쇠가 크기 때문에 일반적으로 고대비 효과가 있습니다. 예를 들어, 원자 번호가 높은 귀금속(Au[36], Ag[37] 등)으로 제조된 조영제는 이전에 보고된 바와 같이 우수한 CT 영상 효과를 나타냅니다. 따라서 유망한 유형의 조영제를 고려할 수 있습니다. 그러나 높은 비용으로 인해 추가 임상 적용이 제한됩니다. 비스무트는 생물학적 안전성이 우수하고 가격이 저렴하며 X선 감쇠 능력이 뛰어납니다[38,39,40,41]. 여기서 BiF₃의 조영제 효과를 평가하기 위해 :Ln@PVP NPs, BiF₃의 X선 감쇠능 비교 :시험관 내 상용 조영제 Iohexol 용액을 사용한 Ln@PVP NP. 그림 6A, B는 BiF₃의 해당 CT 이미지를 보여줍니다. :서로 다른 작동 전압(각각 50kV 및 80kV)에서 Ln@PVP 및 Iohexol. 그림 6A, B는 현탁액의 농도가 증가함에 따라 이미지의 회색 수준이 검은색 음영에서 흰색 음영으로 점차적으로 변경됨을 나타냅니다. 그러나 동일한 농도에서 BiF₃ :Ln@PVP는 Bi의 X선 감쇠 계수가 더 높기 때문에 Iohexol보다 음영이 더 밝습니다(Bi는 5.74cm² ). kg⁻¹ 그리고 나는 1.94cm² 입니다. kg⁻¹ 100keV에서) [42].

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BiF_3: 간의 체외 CT 영상 효과 비교 Ln@PVP NP 및 Iohexol. A , 나 BiF_3:의 다양한 작동 전압(각각 50kV 및 80kV)에서 체외 CT 이미징 Ln@PVP NP 및 Iohexol. ㄷ BiF_3:의 해당 CT 값 각각 50kV 및 80kV 미만의 Ln@PVP NP 및 Iohexol

그림 6C는 CT 값(Hounsfield Unit, HU)이 BiF₃가 증가함에 따라 선형적으로 증가함을 보여줍니다. :Ln@PVP NPs 및 Iohexol 농도(둘 다 R ² > 0.99) 작동 전압에 관계없이. BiF₃의 단위 질량 농도의 CT 값 :Ln@PVP NPs는 Iohexol보다 훨씬 높습니다(50kV 및 80kV에서 각각 1.5배 및 1.7배 높음). 이 결과는 BiF₃ :Ln@PVP NP는 상용 Iohexol에 비해 동일한 용량에서 더 나은 대조 효과를 제공할 수 있습니다. 이 데이터는 BiF₃ :Ln@PVP NPs는 좋은 in vitro CT 이미징 능력을 가지고 있는데, 이는 좋은 이미징 효과를 보장하면서 조영제의 양을 줄일 수 있다는 점에서 큰 의미가 있습니다. 이렇게 하면 독성과 부작용을 크게 줄일 수 있습니다.

BiF의 대비 효과₃ :생체 내 CT 이미징에서 Ln@PVP NPs

BiF₃ :BiF₃의 대조 효과를 평가하기 위해 Ln@PVP NP 현탁액을 종양 보유 마우스(200 mg/kg, 100 µL)에 종양 내 주사했습니다. :생체 내 CT 영상에서 Ln@PVP NPs. BiF₃를 1시간 투여한 후 동일한 종양 영역에서 기준선에 비해 강한 신호 강도 변화가 감지되었습니다. :Ln@PVP NP 서스펜션(그림 7A). 한편, 그림 7B는 주입 후(184.58HU)의 CT 값이 주입 전(48.9HU)보다 훨씬 높음을 보여줍니다. 이것은 BiF₃ 후 종양 조직의 X선 감쇠 계수가 증가하기 때문입니다. :Ln@PVP NP는 종양 조직에 분포합니다. 결과는 BiF₃ :Ln@PVP NP는 생체 내 CT 이미징 능력이 뛰어납니다.

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BiF_3: 생체 내 CT 영상 효과의 Ln@PVP NP. A BiF_3: 전후 CT 이미지 Ln@PVP NP 주입 및 B 해당 CT 값. 빨간색 원은 종양 조직을 나타냅니다.

BiF₃의 GI Tract CT 이미징 성능 :Ln@PVP NP와 GI 독성

위의 유망한 결과에 고무되어 우리는 BiF₃의 잠재적 적용을 추가로 평가하도록 동기를 부여받았습니다. :CT 영상에서 Ln@PVP NP. CT는 일반적인 비침습적 영상 촬영 방법으로 영상 처리가 간편하고 조직 손상이 없고 환자의 통증이 없기 때문에 위장관 질환의 진단과 치료 계획 수립에 중요한 역할을 한다[43, 44]. 일반적으로 사용되는 황산바륨 조영제는 일반적으로 호기성 분말과 함께 사용됩니다. 두 물질에 의해 생성되는 밀도가 다르기 때문에 위장관이 항상 명확하게 표시되지 않아 진단을 놓칠 수 있어 임상적 사용이 제한됩니다[45]. 따라서 추가적인 도움이 필요하지 않은 고효율 GI 조영제를 탐색하는 것은 큰 의미가 있습니다. 이 작업에서 우리는 BiF₃의 효과를 조사했습니다. :누드 마우스의 위장관에 있는 Ln@PVP NP.

그림 8A는 BiF₃ 경구 투여 후 위와 소장의 모양이 보이게 된 것을 보여줍니다. :Ln@PVP NP 현탁액(20mg/mL, 300μL)을 15분 동안 30분에 BiF₃ :Ln@PVP 나노입자는 위의 연동운동으로 대사된다. 위장의 형태가 약해졌습니다. 120분에 대부분의 BiF₃ :Ln@PVP NP는 위에서 대사되어 남아있는 위의 윤곽만 보였다. BiF₃ :Ln@PVP NPs는 6시간째에 대장 윤곽에 나타나기 시작하여 나노 입자가 대장에서 농축되기 시작했음을 나타냅니다. 대장의 형태는 12시간에 명확하게 보였습니다. 대부분의 BiF₃ :Ln@PVP NP는 배설되며 24시간에 소량만 남습니다. 48시간 간격으로 GI 형태를 관찰할 수 없었으며, 이는 모든 BiF₃ :Ln@PVP 나노입자는 위장관에서 배설되었습니다. 나노입자가 위장관에서 완전히 배설된 후, 마우스를 희생시키고 위, 소장 및 대장을 제거하여 BiF₃의 GI 독성을 평가하기 위한 H&E 분석을 수행했습니다. :Ln@PVP NP. 그림 8B는 BiF₃의 경구 투여 48시간 후 위, 소장 또는 대장에 뚜렷한 조직학적 변화가 없음을 보여줍니다. :Ln@PVP NP는 BiF3:Ln@PVP NP가 위장관에 심각한 독성이 없음을 입증합니다. 이 결과는 BiF₃ :Ln@PVP NP는 GI관에 대한 잠재적인 CT 조영제로 사용되어 GI관에 대한 명백한 독성이 없는 반면 GI관의 CT 영상 성능을 향상시킬 수 있습니다.

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A BiF_3: 경구 투여 후 위장관 CT 이미지 다양한 간격(0, 15분, 30분, 120분, 6시간, 12시간, 24시간, 48시간)의 Ln@PVP NP 나 BiF3의 경구 투여 전후 위, 소장 및 대장의 H&E 염색 이미지:Ln@PVP NPs(스케일 바, 200μm). "S", "SI" 및 "LI"는 각각 위, 소장 및 대장을 나타냅니다.

이 결과는 BiF₃ :Ln@PVP 나노입자는 종양 및 위장관 영상을 위한 임상 CT 조영제로 가능성이 있습니다. 그러나 입자 크기의 제한으로 인해 BiF₃ :Ln@PVP 나노입자는 우수한 EPR(Enhanced Permeability and Retention) 효과를 얻을 수 없습니다[46]. BiF₃의 장기 생물학적 안전성 :Ln@PVP 나노입자와 생체 내 대사 과정에 대해서는 더 많은 연구가 필요합니다.

결론

여기에서 우리는 열수 공정을 통해 새로운 CT 조영제를 합성했습니다. TEM 데이터는 BiF₃ :Ln@PVP NP는 평균 크기가 약 380nm인 균일한 구형 구조를 가지고 있습니다. FTIR 스펙트럼은 PVP가 나노 입자의 생물학적 안전성을 향상시키기 위해 나노 입자의 표면에 성공적으로 싸여 있음을 보여줍니다. 그런 다음 다른 작동 전압에서 Iohexol과 체외 CT 이미징 효과를 비교했습니다. 결과는 BiF₃ :Ln@PVP NP는 Iohexol보다 X선 감쇠능이 우수합니다. 생체 적합성 연구에 따르면 BiF₃ :Ln@PVP 나노입자는 생체 내 주요 장기에 뚜렷한 독성이 없습니다. 마지막으로, 우수한 X선 감쇠 능력은 BiF₃를 허용합니다. :Ln@PVP NP는 생체 내에서 우수한 대조 이미징 효과를 가지므로 GI관에 손상을 일으키지 않고 GI관을 세부적으로 성공적으로 시각화합니다. 따라서 우리의 연구는 수용성 안정성이 좋고 생체 안전성이 높으며 효율이 높은 고효율 CT 조영제를 제공합니다. 이러한 기능으로 인해 임상 조영제의 잠재적 후보가 됩니다.