Hoch biokompatible Au-Nanokäfig@PEG-Nanopartikel: Ein neuartiges CT-Kontrastmittel für verbesserte In-vivo-Bildgebung

Zusammenfassung

In den letzten Jahren werden Kontrastmittel in der Bildgebungstechnologie breit eingesetzt, um die Bildqualität zu verbessern. Nanopartikel weisen eine bessere In-vivo-Detektionsfähigkeit auf als herkömmliche molekular skalierte Kontrastmittel. In dieser Studie wurde eine neuartige Art von Au-Nanokäfig@PEG-Nanopartikeln (AuNC@PEGs) mit einem starken Röntgenabsorptionskoeffizienten als Kontrastmittel für die Computertomographie (CT) synthetisiert. Die Ergebnisse zeigten, dass AuNC@PEGs eine gute wässrige Dispergierbarkeit, niedrige Zytotoxizität und eine starke Röntgenabsorptionsfähigkeit aufwiesen. Darüber hinaus wiesen In-vivo-Studien nach, dass die synthetisierten AuNC@PEGs eine deutliche Kontrastverstärkung, eine lange Zirkulationszeit im Blut und eine vernachlässigbare Toxizität in vivo aufwiesen. Daher besitzen die in dieser Studie synthetisierten funktionalisierten AuNC@PEGs großes Potenzial für die klinische Anwendung in der CT-Bildgebung.

Einleitung

In den letzten Jahren war die Computertomographie (CT) die am häufigsten verwendete diagnostische Bildgebungstechnik in klinischen Einrichtungen und findet breite Anwendung bei der Untersuchung verschiedener menschlicher Gewebe. Aufgrund der starken Durchdringungsfähigkeit, des hohen Kontrasts und der relativ einfachen Bildverarbeitung gilt CT als die leistungsstärkste nicht-invasive bildgebende Diagnosetechnik im modernen medizinischen System [1, 2]. Während des Bildgebungsprozesses besteht jedoch kein natürlicher Kontrast zwischen der Läsion und einigen umgebenden Strukturen. Daher muss ein Kontrastmittel – eine Substanz mit relativ höherer oder niedrigerer Dichte – verwendet werden, um die Zielstruktur oder Gewebe und Organe zu unterscheiden. Zudem weist diese Substanz in verschiedenen Geweben unterschiedliche Absorptionsfähigkeiten auf und kann durch Röntgenbestrahlung im Weichgewebe beobachtet werden. Der Einsatz einiger Moleküle und mehrerer Mikropartikel-Kontrastmittel in der CT-Bildgebung wurde bewertet [3,4,5].

Derzeit ist das am häufigsten für CT verwendete Kontrastmittel ein iodhaltiges organisches Molekül. Iodierte Moleküle, wie Iodid-Ionen oder nicht-ionische Präparate, werden in klinischen Einrichtungen breit als CT-Kontrastmittel eingesetzt. Obwohl iodierte Moleküle eine gute CT-Kontrastverstärkung bieten, besitzen sie eine schnelle renale Clearance-Rate, eine kurze Zirkulationszeit im Körper und allergene Eigenschaften, was ihre weitere Anwendung erheblich einschränkt [6, 7]. Durch die schnelle Elimination des Jod-Kontrastmittels ist das effektive Zeitfenster der Blutpool-Bildgebung stark begrenzt, und ein hochkontrastreiches Bild ist schwer zu erhalten. Darüber hinaus kann die rasche Clearance einer hohen Dosis potenzielle Nebenwirkungen in der Niere haben [8, 9].

Im letzten Jahrzehnt hat die Anwendung von Nanopartikeln in der Biomedizin, insbesondere in der diagnostischen Bildgebung, erhebliche Aufmerksamkeit erhalten [10]. Im Vergleich zu jodbasierten Kontrastmitteln verfügen Nanopartikel über Kontrasteigenschaften, die kleine Moleküle nicht besitzen, und sie haben auch eine spezifische Größe, Form und Oberfläche [11, 12]. Im Allgemeinen weisen Nanopartikel mit einer hohen Ordnungszahl, wie Gold, Silber und andere Metallnanopartikel, einen hervorragenden Röntgenabsorptionskoeffizienten auf; somit besitzen sie eine bemerkenswerte Kontrastverstärkungsfähigkeit [13, 14]. Unter diesen Nanopartikeln haben sich Goldnanopartikel im Bereich der Biomedizin rasant entwickelt und gelten aufgrund ihrer signifikanten biologischen Inertheit und der einfachen Synthese und Oberflächenmodifikation als Ersatz für jodbasierte Bildgebungsmittel [15,16,17]. Goldnanopartikel haben eine längere Blutkreislaufzeit, ein geringeres Nephrotoxizitätsrisiko und einen stärkeren Röntgenabsorptionskoeffizienten als Iodverbindungen. Daher kann eine geringere Dosis verabreicht werden, und das Risiko von Nebenwirkungen ist gering [18]. Mehrere Goldnanopartikel, einschließlich Nanosphären, Nanostäbe und Nanosterne, wurden breit als Kontrastmittel für die CT-Bildgebung eingesetzt [19, 20] und zeigten vielversprechende Effekte. Unter den verschiedenen Goldnanostrukturen besitzen Au-Nanokäfige einen hohlen Innenraum und dünne poröse Wände; somit haben sie eine größere Oberfläche und eine effektivere CT-Bildgebungsfähigkeit als andere Goldnanopartikel mit unterschiedlichen Morphologien [21, 22]. In den letzten Jahren wurden Au-Nanokäfige als Kontrastverstärker für die optische Kohärenztomographie und die photoakustische Tomographie eingesetzt und wiesen gute Leistung auf. Gleichzeitig sind sie aufgrund der großen Absorptionsfläche der Au-Nanokäfige auch effektive photothermale Transducer [23, 24]. Soweit uns bekannt, haben nur wenige Studien den Einsatz von Au-Nanokäfigen als Kontrastmittel für die CT-Bildgebung bewertet. Basierend auf den oben genannten Studien untersuchten wir weiter den Einsatz von Au-Nanokäfigen als CT-Kontrastmittel. Die Anwendung von Nanopartikeln in der CT-Bildgebung erfordert Oberflächen mit Biokompatibilität und biologischer Aktivität. Polyethylenglykol (PEG) ist ein biologisch abbaubares und biokompatibles Polymer, das auch als Stealth-Material verwendet wird, um die Erfassung durch das RES (retikuloendotheliale System) zu verhindern und die Biokompatibilität, die renale Clearance-Fähigkeit und die Blutkreislaufzeit zu verbessern; somit können PEGylierte Nanopartikel lange im Blut verbleiben [15, 25,26,27,28].

In dieser Studie wurden neue AuNC@PEGs hergestellt und charakterisiert. Anschließend wurde die In-vitro-Biokompatibilität der AuNC@PEGs mittels MTT-Farbmessung, Lactatdehydrogenase (LDH)-Freisetzungstest, intrazellulärer reaktiver Sauerstoffspezies (ROS)-Konzentrationsmessung, Calcein-AM/PI-Färbung und anderen experimentellen Techniken bewertet. Zusätzlich wurden hämatologische und histologische Analysen durchgeführt, um die Toxizität der AuNC@PEGs in vivo zu bestimmen. Die Ergebnisse zeigten, dass AuNC@PEGs eine hervorragende In-vitro- und In-vivo-Biokompatibilität aufwiesen. Zudem wiesen AuNC@PEGs eine stärkere In-vitro- und In-vivo-CT-Bildgebungsfähigkeit auf. Diese experimentellen Ergebnisse zeigten, dass die synthetisierten AuNC@PEGs offensichtliche Vorteile besitzen, wie starken Kontrast, lange Blutkreislaufzeit und geringes Nephrotoxizitätsrisiko. Daher haben die in dieser Studie synthetisierten funktionalisierten AuNC@PEGs großes Potenzial für die klinische Anwendung in der CT-Bildgebung.

Methoden

Alle experimentellen Protokolle, einschließlich relevanter Details, wurden vom Regionalen Ethikkomitee der Jinzhou Medical University in der Provinz Liaoning, China, genehmigt.

Materialien und Instrumente

LDH- und ROS-Testkits wurden vom Nanjing Institute of Bioengineering, China, und Calcein-AM/PI-Färbungskits von Shanghai Dongren Chemical Technology Co., Ltd., China, bezogen. Andere chemische Reagenzien und Lösungsmittel wurden von Sigma-Aldrich gekauft. Alle Schnitte wurden mit einem Fluoreszenzmikroskop (DMI4000B, Leica, Wetzlar, Deutschland) beurteilt. Die Eigenschaften der synthetisierten Nanopartikel wurden mit einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) evaluiert. Ein 256-Zeilen-, 512-Scheiben-Spiral-CT-Scanner (Philips, Deutschland) wurde genutzt, und die Bildgebungsparameter waren wie folgt: Schichtdicke 0,625 mm; Röhrenspannung 100 kVp; und Röhrenstrom 100 mA.

Synthese von AuNC@PEGs

Au-Nanokäfige wurden mittels einer einfachen galvanischen Ersetzungsreaktion zwischen Ag-Nanowürfeln und HAuCl₄-Lösung gemäß einer früheren Studie [29, 30] hergestellt. Typischerweise wurden 25 nm große Ag-Nanowürfel in Diethylenglykol hergestellt und als Templates für die Synthese von 30 nm großen Au-Nanokäfigen verwendet. Anschließend wurde SH-PEG (MW ≈ 2000, 10 mg gelöst in 5 ml Phosphatpufferlösung (PBS)) zur AuNC-Lösung (pH 8,0, 6,55 nM, 6 ml) gegeben und über Nacht im Dunkeln unter Stickstoffschutz gerührt. Nach dreimaligem Waschen wurden die AuNC@PEGs in wässriger Lösung dispergiert.

Bewertung der In-vitro-Toxizität

In dieser Studie wurden MTT-Farbmessung, LDH-Freisetzungstest, intrazelluläre ROS-Konzentrationsmessung und Calcein-AM/PI-Färbung verwendet, um die Toxizität der synthetisierten AuNC@PEGs in vitro zu detektieren. HUVEC-Zellen wurden in 96-Well-Platten mit einer Dichte von 1 × 10⁴ Zellen/Well inkubiert. Als Medium diente RPMI-1640, ergänzt mit 10 % fötalem Kälberserum, Penicillin (100 µg/ml) und Streptomycin. Die Zellen wurden bei 37 °C und 5 % CO₂ für 12 h kultiviert. Anschließend wurde Medium mit AuNC@PEGs in verschiedenen Konzentrationen (10, 20, 50, 100, 200, 500 und 1000 µg/ml) für weitere 24 h inkubiert. Der MTT-Test wurde durchgeführt. Kulturemedium ohne Nanopartikel diente als Kontrolle in jeder Gruppe.

Anschließend wurde der Gehalt an Lactatdehydrogenase (LDH), der aus HUVEC-Zellen freigesetzt wurde, die mit AuNC@PEGs in verschiedenen Konzentrationen behandelt wurden, bestimmt, um die In-vitro-Toxizität zu bewerten. Die Zellen wurden analog zum MTT-Test inkubiert und anschließend mit AuNC@PEGs in verschiedenen Konzentrationen (10, 20, 50, 100, 200, 500 und 1000 µg/ml) für 24 h behandelt. Danach wurde der Überstand abgetrennt, zentrifugiert und in eine saubere 96-Well-Platte überführt. Die LDH-Aktivität im Kulturemedium wurde gemäß den Herstelleranweisungen bestimmt, und die Absorption wurde mit einem Enzymmarkierungsgerät (450 nm) gemessen.

Basierend auf dem Prinzip der Messung der intrazellulären ROS-Konzentration mittels ROS-Kit wurde DCFH in Gegenwart von 2',7'-Dichlorfluorescein (DCFH-DA) zu Dichlorfluorescein (DCF) oxidiert, einer stark grün fluoreszierenden Substanz. HUVEC-Zellen wurden in 24-Well-Platten für 12 h kultiviert, mit AuNC@PEGs in verschiedenen Konzentrationen (50, 100, 200 und 500 µg/ml) für 24 h behandelt und bei 37 °C für 40 min mit DCFH-DA inkubiert. Mit Wasserstoffperoxid (H₂O₂) behandelte Zellen dienten als Positivkontrolle. Die Fluoreszenzintensität der Zellen wurde mit einem Fluoreszenzmikroskop (λex 485 nm; λem 525 nm) beobachtet. Vor der Beurteilung wurde dreimal mit serums- und eisfreiem Medium gewaschen.

Für die Lebend-/Tot-Färbung wurden HUVEC-Zellen in 24-Well-Platten inkubiert und 12 h kultiviert. Anschließend wurden die Zellen mit AuNC@PEGs in verschiedenen Konzentrationen (10, 20, 50, 100, 200, 500 und 1000 µg/ml) für 24 h behandelt. Nach Trypsin-EDTA-Verdauung mittels Zentrifugation wurden die Zellen mit PBS (pH 7,4) gewaschen; dann wurde die präparierte Zellsuspension mit dem vorkonfigurierten Calcein-AM/PI-Reagenz gemischt und bei 37 °C für 15 min inkubiert. Um die Toxizität der AuNC@PEGs zu detektieren, wurde die Anzahl der toten Zellen mittels Fluoreszenzmikroskopie beurteilt.

Tiermodell

Alle tierexperimentellen Verfahren wurden gemäß den Kriterien des Tierschutz- und Verwendungsausschusses der Jinzhou Medical University durchgeführt. Nach dem Experiment wurden die Tiere humanitär eingeschläfert. In dieser Studie wurden adulte Sprague-Dawley-Ratten mit einem Gewicht von 250–300 g (erworben vom Tierzentrum der Jinzhou Medical University) verwendet. In diesem Experiment wurden alle Tiere zufällig in Gruppen eingeteilt. Chloralhydrat-Lösung (10 Gew.-%) wurde intraperitonealt verabreicht; anschließend wurden alle Materialien über die Schwanzvene injiziert.

In-vitro- und In-vivo-CT-Bildgebung

Für die In-vitro-CT-Bildgebung wurden AuNC@PEGs in verschiedenen Konzentrationen und Jodlösungen in Eppendorf-Röhrchen gegeben und ordnungsgemäß angeordnet, und ein CT-Scan wurde von vorne nach hinten durchgeführt. Bei der In-vivo-CT-Bildgebung wurden die Tiere nach Anästhesie von Kopf bis Schwanz gescannt, wobei das Zentrum der Bauchhöhle als Orientierungspunkt diente. Die Position der Tiere änderte sich bei jedem Scan nicht. Alle Originaldaten (0,625 mm Bilder) wurden zur Analyse via CT-Scan an die Philips-Workstation übertragen.

Bewertung der In-vivo-Toxizität

Die hämatologische Analyse wurde mit der Standard-Saphvenen-Blutentnahmetechnik durchgeführt. Die Gewebe von Herz, Leber, Milz, Lunge und Niere der Ratten wurden 48 h mit 4 % Paraformaldehyd fixiert und nach Dehydrierung in Paraffin eingebettet. Der Paraffinschnitt war 5 µm dick und wurde auf einem Objektträger montiert. Hämatoxylin-Eosin (H&E)-Färbung wurde durchgeführt, und die Analyse erfolgte unter dem Mikroskop.

Statistische Analyse

Die Daten wurden mittels einseitiger Varianzanalyse analysiert, und der P-Wert wurde als Index verwendet. Ein P-Wert < 0,05 wurde als statistisch signifikant betrachtet, ausgedrückt als Mittelwert ± Standardabweichung.

Ergebnisse und Diskussion

Synthese und Charakterisierung der AuNC@PEGs

Oberflächenfunktionalisierung und Größekontrolle sind zwei Schlüsselfaktoren für die Entwicklung von Hochleistungs-Nano-Kontrastmitteln [15]. Die Struktur und Eigenschaften der AuNC@PEGs wurden mittels TEM und DLS bestimmt. Abb. 1a zeigte, dass die Größe der AuNC@PEGs bei etwa 40 nm lag mit hoher Uniformität; gleichzeitig wurde der Hydratationsradius der AuNC@PEGs zur Prüfung der Dispersion in der Lösung verwendet, wie in Abb. 1b dargestellt: Der Hydratationsradius der AuNC@PEGs betrug etwa 50 nm, was zeigte, dass AuNC@PEGs sehr stabil ohne Aggregation waren. AuNC@PEGs haben eine kleinere Größe und relativ gute biologische Inertheit, was für nanomedizinische Anwendungen besser ist. Zudem deutet die hohle Käfigstruktur auf große interne und externe spezifische Oberflächen und eine bessere CT-Bildgebungsfähigkeit hin, und die umgebenden Metallwände bieten zusätzlichen Schutz für Payloads während Verarbeitung, Transport und Lagerung. Mit seiner offensichtlichen Kern-Schale-Struktur war die Außenseite mit biologisch anwendbarem PEG bedeckt, was die Biokompatibilität effektiv erhöht und die Makrophagen-Erfassung verhindert.

TEM-Abbildungen von AuNC@PEGs (a) und DLS von AuNC@PEGs (b)

Sicherheit und Stabilität von AuNC@PEGs In Vitro

Bevor AuNC@PEGs für die In-vivo-Bildgebung verwendet wurden, bewerteten wir ihre Sicherheit und Stabilität. Der Einfluss von AuNC@PEGs auf die Vitalität von HUVEC-Zellen wurde mittels MTT-Test detektiert (Abb. 2a). Die Zellen wurden mit AuNC@PEGs in verschiedenen Konzentrationen (10, 20, 50, 100, 200, 500 und 1000 µg/ml) für 24 h behandelt. Die Ergebnisse des MTT-Tests zeigten, dass die Zellüberlebensrate der AuNC@PEGs der der Kontrollgruppe ähnelte und eine günstige Biokompatibilität aufwies, wenn die Konzentration von AuNC@PEGs 200 µg/ml erreichte. Die Zellüberlebensrate bei einer Konzentration von 1000 µg/ml lag immer noch > 75 %.

MTT-Bewertung der Vitalität von HUVEC-Zellen, kultiviert mit verschiedenen AuNC@PEGs-Konzentrationen für 24 h (a). Bewertung von Lactatdehydrogenase im Überstand induziert durch AuNC@PEGs mit LDH (b). Untersuchung der 24-h-Fluoreszenzbildgebung von Zellen, kultiviert mit AuNC@PEGs in verschiedenen Konzentrationen (H₂O₂ (I), 0 µg/ml (II), 50 µg/ml (III), 100 µg/ml (IV), 200 µg/ml (V) und 500 µg/ml (VI)) mittels ROS-Methode (c). *P < 0,05, ***P < 0,001. Skalenbalken 100 µm

Des Weiteren wurde der LDH-Test verwendet, um die Biokompatibilität von AuNC@PEGs in vitro zu bewerten. In normalen Zellen kann LDH die Zellmembran nicht passieren. Wenn die Zellmembran beschädigt ist, wird LDH durch die Zellmembran freigesetzt [31]. Daher bewerteten wir die Sicherheit von AuNC@PEGs durch Messung des LDH-Gehalts im Zellüberstand (Abb. 2b), indem wir Zellen mit AuNC@PEGs in verschiedenen Konzentrationen für 24 h behandelten. Die Ergebnisse zeigten, dass der von den Zellen freigesetzte LDH-Spiegel im Vergleich zu den unbehandelten Kontrollzellen leicht anstieg, wenn die Konzentration der AuNC@PEGs < 200 µg/ml betrug, und signifikant niedriger war als der der Positivkontrollgruppe (H₂O₂), was mit den Ergebnissen des MTT-Tests übereinstimmte, und 200 µg/ml AuNC@PEGs als optimale Konzentration mit guter Zytkompatibilität identifiziert wurden.

Zudem wurden Oxidativer-Stress-Tests und die Beurteilung lebender/toter Zellen mittels Immunfluoreszenzfärbung (Calcein-AM/PI) durchgeführt, um die Toxizität von AuNC@PEGs in vitro zu detektieren. Oxidativer Stress ist ein schädlicher Zustand für alle Lebenssysteme, und übermäßige reaktive Sauerstoffspezies (ROS) können oxidativen Stress verursachen [32, 33]. Daher maßen wir den ROS-Spiegel in den Zellen. Nach 24 h Induktion durch AuNC@PEGs in verschiedenen Konzentrationen unterschied sich die grüne Fluoreszenzintensität der bei einer Konzentration von 50–200 µg/ml induzierten Zellen nicht signifikant von der der Kontrollgruppe und war signifikant niedriger als die der Positivkontrollgruppe (Abb. 2c). Die Fluoreszenzintensität war proportional zum ROS-Spiegel. Wie in Abb. 3 gezeigt, lag die Überlebensrate von HUVEC-Zellen bei einer Konzentration von 0–200 µg/ml > 90 % (Abb. 3a–f). Die oben genannten Ergebnisse validierten, dass AuNC@PEGs bei einer Konzentration von 200 µg/ml stabil sind und eine gute Zellkompatibilität aufweisen und vielversprechende klinische Kontrastmittel sein können.

Fluoreszenzmikroskopie-Abbildungen der Lebend-/Tot-Färbung. Überlebensrate von HUVEC-Zellen, behandelt mit AuNC@PEGs in verschiedenen Konzentrationen (0 µg/ml (a), 10 µg/ml (b), 20 µg/ml (c), 50 µg/ml (d), 100 µg/ml (e), 200 µg/ml (f), 500 µg/ml (g) und 1000 µg/ml (h)) für 24 h. Grüne Fluoreszenz stellt lebende Zellen dar und rote Fluoreszenz tote Zellen. Die Skalenbalken betragen 100 µm

In-vitro-CT-Bildgebung und Bestimmung des CT-Werts

Um die Machbarkeit der AuNC@PEGs in der CT-Bildgebung zu bewerten, verglichen wir die Kontrastverstärkungen verschiedener molaren Konzentrationen (AuNC@PEGs) mit dem klinisch verwendeten Kontrastmittel (Jod). CT-Scan-Bilder wurden aufgenommen, und die CT-Werte wurden gemessen. AuNC@PEGs wurden mit Jod-Bildgebungsmitteln in ähnlichen Konzentrationen (50, 100, 200, 500 und 1000 µg/ml) verglichen. Die Ergebnisse zeigten, dass der CT-Wert mit zunehmender Konzentration anstieg (Abb. 4a), und gemäß der Analyse der CT-Werte von AuNC@PEGs und Jod-Kontrastmittel (Abb. 4b) war der Absorptionskoeffizient von AuNC@PEGs besser als der von jodbasierten Kontrastmitteln bei ähnlichen Konzentrationen, was darauf hindeutet, dass der Einsatz von AuNC@PEGs für die CT-Bildgebung besser ist.

Vergleich der Computertomographie-Befunde in vitro zwischen AuNC@PEGs und jodbasiertem Kontrastmittel. Mit zunehmender Konzentration nimmt die Intensität der Röntgenabsorption zu (a). Vergleich der Hounsfield-Einheiten zwischen AuNC@PEGs und jodbasierten Kontrastmitteln (b). ***P < 0,001

In-vivo-CT-Bildgebung

Wegen der hohen Kontrastfähigkeit von AuNC@PEGs verglichen wir weiter die Bildqualität von AuNC@PEGs mit der von Jodmitteln in vivo. 200 µl AuNC@PEGs (200 µg/ml) wurden über die Schwanzvene der Ratten injiziert. Die Zeit der Blutpool-Angiographie bei AuNC@PEGs wurde via Pre-Injektion (0 min) und post-Injektion kontinuierlicher Zeitpunktscans (10, 20, 30, 40, 60 und 90 min) evaluiert. Dann wurden die Ratten der Kontrollgruppe mit Jod-Kontrastmittel in geeigneter Konzentration injiziert. Die Injektionsdosis und Scanzeit waren ähnlich wie bei AuNC@PEGs. Nach Injektion eines Kontrastmittels beobachteten wir gleichzeitig die Kontrastverstärkungen der Niere (Abb. 5) und das Füllen der Blase (SI Abb. 1). Die Ergebnisse zeigten, dass die Niere in der AuNC@PEGs-Gruppe nach 30 min den Peak erreichte und nach 90 min vollständig ausgeschieden war, während sie in der Jod-Kontrastmittel-Gruppe nach 20 min den Peak erreichte und nach 60 min vollständig ausgeschieden war. Dann beobachteten wir, dass die Blase sich allmählich über die Zeit mit Kontrastmittel füllte. Dieser Befund zeigte, dass die Zeit der Blutpool-Angiographie von AuNC@PEGs besser war als die des jodbasierten Kontrastmittels. Die längere Blutkreislaufzeit von AuNC@PEGs kann eine bessere Diagnose ermöglichen, und AuNC@PEG hat bessere Entwicklungsperspektiven.

In-vivo-CT-Bilder der Ratten zu verschiedenen Zeitpunkten nach post-Injektion von AuNC@PEGs

Sicherheit von AuNC@PEGs In Vivo

Wie in Abb. 6a gezeigt, wurden die Standardparameter der Routineblut- und Leber- und Nierenfunktionsanalysen durch Hämoglobin-Spiegel, mittlere korpuskuläre Hämoglobinkonzentration, mittlere korpuskuläre Volumen, Thrombozytenzahl, Erythrozytenzahl, Leukozytenzahl, Albuminkonzentration, Alaninaminotransferase-Spiegel, Aspartataminotransferase-Spiegel und Kreatinin-Spiegel reflektiert. In der statistischen Analyse wurde kein signifikanter Unterschied zwischen der AuNC@PEG-, Jod-Kontrastmittel- und Kontrollgruppe beobachtet (P > 0,05). Zusätzlich wurden die Organe (Herz, Leber, Milz, Lunge und Niere) der Ratten histologisch analysiert, wie in Abb. 6b gezeigt, 24 h nach Injektion von AuNC@PEGs (200 µg/ml); geschnitten; und gefärbt (H&E). Im Vergleich zur Kontrollgruppe (nicht mit Nanomaterialien injiziert) wurden keine offensichtlichen morphologischen Veränderungen und Verletzungen unter dem Mikroskop gefunden. Die oben genannten Ergebnisse bestätigten weiter die Sicherheit und Zuverlässigkeit von AuNC@PEGs in vivo.

In-vivo-Toxizitätsbewertung von AuNC@PEGs. Blutbild und Leber- und Nierenfunktion: Hämoglobin-Spiegel (I), mittlere korpuskuläre Hämoglobinkonzentration (II), mittleres korpuskuläres Volumen (III), Thrombozyten (IV), Erythrozytenzahl (V), Leukozytenzahl (VI), Albuminkonzentration (VII), Alaninaminotransferase-Spiegel (VIII), Aspartataminotransferase-Spiegel (IX) und Kreatinin-Spiegel (X) (a). H&E-Färbung wurde in den Organen (Herz, Leber, Milz, Lunge und Niere) von normalen Ratten und solchen, die 24 h mit AuNC@PEGs injiziert wurden, durchgeführt (b). Die Skalenbalken von b betragen 100 µm

Schlussfolgerung

Wir haben AuNC@PEG entwickelt, eine neue Art von CT-Kontrastmittel, mit Eigenschaften wie kleiner Größe, hohem Kontrast, langer Blutverweilzeit und geringem Toxizitätsrisiko. In-vitro- und In-vivo-Toxizitätsbewertungen zeigten, dass AuNC@PEGs eine gute Biokompatibilität und ein geringes Risiko für Nebenwirkungen aufwiesen. Die Bildgebungsleistung von CT in vitro und in vivo zeigte, dass AuNC@PEGs einen höheren Röntgenabsorptionskoeffizienten und eine längere Zeit der Blutpool-Angiographie als traditionelle jodbasierte Bildgebungsmittel haben. Darüber hinaus sind AuNC@PEGs den jodbasierten Bildgebungsmitteln überlegen, und der Einsatz von AuNC@PEGs ist praktikabel. All diese Ergebnisse zeigten, dass AuNC@PEGs einen höheren Röntgenabsorptionskoeffizienten als traditionelle jodbasierte Kontrastmittel haben und die Bildgebungsleistung von AuNC@PEGs höher war als die traditioneller jodbasierter Kontrastmittel. Daher haben die in dieser Studie synthetisierten funktionalisierten AuNC@PEGs großes Potenzial für die klinische Anwendung in der CT-Bildgebung.

Verfügbarkeit von Daten und Materialien

Die Roh-/verarbeiteten Daten, die zur Reproduktion dieser Ergebnisse erforderlich sind, können derzeit nicht geteilt werden, da die Daten auch Teil einer laufenden Forschung und Entwicklung bilden.

Abkürzungen

CT:

Computertomographie

DCF:

Dichlorfluorescein

DCFH:

Dichlorfluorescin

H₂O₂:

Wasserstoffperoxid

LDH:

Lactatdehydrogenase

MTT:

3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazoliumbromid

PBS:

Phosphatpufferlösung

PEG:

Polyethylenglykol

ROS:

Reaktive Sauerstoffspezies

TEM:

Transmissionselektronenmikroskop