Fabricación fácil de nanopartículas BiF3:Ln (Ln =Gd, Yb, Er) @PVP para imágenes de tomografía computarizada de alta eficiencia

Resumen

La tomografía computarizada (TC) de rayos X se ha utilizado ampliamente en la práctica clínica, y los agentes de contraste como el iohexol se utilizan a menudo para mejorar el contraste de las imágenes de TC entre el tejido normal y el enfermo. Sin embargo, estos agentes de contraste pueden tener cierta toxicidad. Por tanto, se necesitan con urgencia nuevos agentes de contraste para TC. Debido al alto número atómico ( Z =83), bajo costo, buena seguridad biológica y excelente propiedad de atenuación de rayos X (5.74 cm ² kg ⁻¹ a 100 keV), el bismuto ha ganado un gran interés por parte de los investigadores en el campo de los agentes de contraste de TC de tamaño nanométrico. Aquí, sintetizamos BiF ₃ :Nanopartículas (NP) de Ln @ PVP con un tamaño medio de partícula de aproximadamente 380 nm. Después de recubrirlos con polivinilpirrolidona (PVP), el BiF ₃ :Los NP de Ln @ PVP poseían una buena estabilidad y una gran biocompatibilidad. Mientras tanto, en comparación con el agente de contraste clínico Iohexol, BiF ₃ :Los NP de Ln @ PVP mostraron un contraste superior en las imágenes de TC in vitro. Posteriormente, después de la inyección in situ con BiF ₃ :Ln @ PVP NPs, el valor de CT del sitio del tumor después de la inyección fue significativamente mayor que antes de la inyección (el valor de CT de la preinyección y la postinyección fue de 48,9 HU y 194,58 HU, respectivamente). La morfología del tracto gastrointestinal (GI) se puede observar claramente a lo largo del tiempo después de la administración oral de BiF ₃ :Ln @ PVP NP. Finalmente, el BiF ₃ :Los NP de Ln @ PVP se descargaron completamente del tracto GI de ratones dentro de las 48 h de la administración oral sin daño evidente en el tracto GI. En resumen, nuestro BiF ₃ de fácil síntesis :Los NP Ln @ PVP se pueden utilizar como un agente de contraste clínico potencial y pueden tener amplias perspectivas de aplicación en la obtención de imágenes por TC.

Introducción

La tomografía computarizada (TC) de rayos X puede obtener imágenes de tejidos y órganos internos de forma transversal con alta resolución y bajo precio [1, 2]. Por lo tanto, es un medio importante para diagnosticar enfermedades respiratorias, digestivas y del sistema urinario [3, 4, 5, 6, 7, 8]. Sin embargo, la TC a veces tiene un contraste bajo entre los tejidos enfermos y los tejidos normales. Por tanto, los agentes de contraste como el iohexol se utilizan ampliamente en la práctica clínica para mejorar específicamente la atenuación de los rayos X de los tejidos enfermos. Sin embargo, los agentes de contraste clínicos se utilizan a menudo en grandes dosis debido a la baja sensibilidad de los detectores de TC [9]. Además, los agentes de contraste comerciales a base de yodo tienen un metabolismo extremadamente rápido en el cuerpo y efectos secundarios graves, que incluyen eventos cardíacos y nefrotoxicidad; estos problemas limitan su uso clínico y deben resolverse con urgencia [10,11,12,13,14,15].

Los nanomateriales han mostrado amplias perspectivas de aplicación en remediación ambiental, aplicaciones fotovoltaicas, catalizadores, etc. [16,17,18,19,20,21]. Por ejemplo, Balati et al. [22] han sintetizado un fotocatalizador heteroestructurado (HBTiO ₂ / RBIHM-MoS ₂ ) mediante ablación con láser pulsado en líquido (PLAL) seguida de irradiación con microondas. Los nanomateriales también se han utilizado ampliamente en medicina, incluidas las imágenes y el tratamiento.

El oro (Au), el tantalio (Ta), el platino (Pt) y otros elementos con alta atenuación de rayos X han ganado el interés de los investigadores, y los nanomateriales sintetizados a partir de estos elementos han sido bien investigados como posibles agentes de contraste para las imágenes de TC [ 1, 12, 13, 14, 15, 23, 24]. Sin embargo, su alto precio y su bioseguridad incierta limitan su uso posterior. El bismuto (Bi) es bien conocido como un elemento bioseguro de bajo costo. Se ha utilizado en la práctica clínica y desempeña un papel fundamental en la terapia de combinación para Helicobacter pylori y otras enfermedades, que incluyen enfermedad hepática crónica, así como úlceras gástricas y duodenales. Tiene una gran seguridad biológica y tolerancia durante el tratamiento [7, 25]. Además, Bi se ha utilizado en la preparación de agentes de contraste a nanoescala como HA-BiO NP, Bi ₂ S ₃ , BION y Bi ₂ Te ₃ debido a su alto número atómico ( Z =83) y una excelente capacidad de atenuación de rayos X (5,74 cm ² kg ⁻¹ a 100 keV) [26,27,28,29].

Por ejemplo, Mohsen Mahvi et al. Bi ₂ sintetizado Te ₃ nanoflakes mediante un proceso de poliol asistido por microondas que mostró un mejor coeficiente de atenuación de rayos X que el iohexol comercial [29]. Por tanto, Bi es un elemento prometedor para la construcción de agentes de contraste para TC de alto rendimiento. Sin embargo, la preparación de agentes de nanocontraste de base Bi es complicada [30, 31].

Aquí, combinamos Bi con lantánidos (Gd, Yb, Er) a través de un protocolo fácil y de bajo costo para fabricar BiF ₃ :Nanopartículas (NP) de Ln @ PVP. Luego investigamos su potencial para generar contraste para imágenes de TC. Después de recubrir las muestras con PVP, BiF ₃ :Las NP Ln @ PVP mostraron buena estabilidad y baja toxicidad biológica. Estas muestras exhiben una mejor atenuación de los rayos X que el iohexol comercial in vitro, tienen un buen contraste in vivo y ofrecen excelentes imágenes de TC del tracto gastrointestinal (GI). Es importante destacar que después de 48 h de la administración oral de BiF ₃ :Ln @ PVP, las nanopartículas fueron completamente excretadas del cuerpo sin mostrar daño evidente a órganos vitales como el hígado y los riñones. Creemos que nuestro trabajo puede proporcionar una nueva base teórica para el uso clínico de agentes de contraste para TC a nanoescala.

Métodos

Todos los protocolos experimentales, incluidos los experimentos con animales, fueron aprobados por el comité de ética de la Universidad de Xiamen en la provincia de Fujian, China.

Materiales y reactivos

Nitrato de bismuto pentahidratado (Bi (NO ₃ ) ₃ · 5H ₂ O, ≥ 99,99%), fluoruro de amonio (NH ₄ F, ≥ 99,99%), nitrato de iterbio hexahidrato (Yb (NO ₃ ) ₃ · 6H ₂ O, ≥ 99,9%), nitrato de erbio hexahidratado (Er (NO ₃ ) ₃ · 6H ₂ O, ≥ 99,9%), nitrato de gadolinio hexahidrato (Gd (NO ₃ ) ₃ · 6H ₂ O, ≥ 99,9%), polivinilpirrolidona (PVP, ≥ 99,0%) e iohexol (≥ 99,0%) se compraron en Aladdin Reagents (Shanghai, China). El kit de tinción de células vivas-muertas y el kit de recuento de células 8 (CCK-8) se compraron en Yeasen (Shanghai, China). El medio RPMI 1640, penicilina, estreptomicina y suero fetal bovino (FBS) se adquirieron de Gibco (Nueva York, EE. UU.).

Fabricación de BiF ₃ :Ln @ PVP NP

El BiF ₃ Las NP de:Ln @ PVP se sintetizaron mediante un enfoque hidrotermal. En detalle, 1 mmol Ln (NO ₃ ) ₃ , (Ln =Yb, Er y Gd) y 1 mmol Bi (NO ₃ ) ₃ se disolvieron en una solución de 35 ml que incluía 5 ml de agua desionizada (DI) y 30 ml de etilenglicol para formar una solución transparente A. Esto luego se mezcló con 0,5 g de PVP (M _W =10.000) y se agitó a temperatura ambiente durante 10 min. NH ₄ Se disolvió F (20 mmol) en 10 ml de DI para formar la solución B. A continuación, se vertió la solución B en la solución A y se formó una solución C de mezcla blanca después de agitar durante 20 min. A continuación, se colocó la solución C en un autoclave de 50 ml y se calentó a 180 ° C durante 24 h. La temperatura descendió naturalmente a temperatura ambiente después de 24 h. Finalmente, las muestras se centrifugaron (8000 rpm, 3 min) y se enjuagaron con DI y alcohol para eliminar las sustancias que no habían reaccionado. Las últimas muestras se obtuvieron mediante liofilización.

Caracterización de BiF ₃ :Ln @ PVP NP

La morfología de BiF ₃ :Las NP de Ln @ PVP se detectaron mediante microscopía electrónica de transmisión (TEM, TECNAI G20 F30 TWIN, Oxford) con una tensión de funcionamiento de 300 kV. La composición de las nanopartículas se analizó mediante espectro de dispersión de energía (EDS) en TEM, incluido el análisis de mapas. Se utilizó la espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR, espectrómetro Thermo Scientific Nicolet iN10 MX, EE. UU.) Para distinguir los grupos funcionales de las muestras. Las estructuras cristalinas y la característica de fase del BiF ₃ :Las NP Ln @ PVP utilizaron difracción de rayos X en polvo (XRD, D8 Advance) con radiación Cu Kα en condiciones de 40 kV y 40 mA. La distribución de tamaño de las nanopartículas dispersas en DI y PBS (pH 7,4) se investigó mediante dispersión de luz dinámica (DLS, Brookhaven Instruments-Omni, EE. UU.).

Línea celular y cultivo celular:las células HepG2 procedían del Banco de células de la Academia de Ciencias de China (Shanghai, China). Las células se cultivaron en medio RPMI 1640 que contenía suero bovino fetal (FBS) al 10% y penicilina-estreptomicina al 1% a 37 ° C y CO ₂ al 5%. condiciones. Los medios de cultivo fueron reemplazados cada dos días.

Citocompatibilidad de BiF ₃ :NP de Ln @ PVP in vitro

La citocompatibilidad de BiF ₃ :Los NP de Ln @ PVP in vitro se estimaron mediante un ensayo de vivo-muerto y el ensayo CCK-8. En detalle, las células HepG2 se recolectaron y se sembraron en placas confocales a 5.0 × 10 ⁵ . A continuación, las células se cultivaron durante la noche. El BiF ₃ A continuación, se añadieron suspensiones de NP de Ln @ PVP a las células a diferentes concentraciones (100, 200 y 400 μg / ml) y se establecieron como grupos experimentales. Mientras tanto, se añadió medio sin nanopartículas y se estableció como grupo de control. Posteriormente, tanto los grupos experimentales como el grupo control se cultivaron durante 24 h. Después de 24 h, retiramos suavemente el medio original y luego se realizó el ensayo de muertos vivos de acuerdo con el protocolo proporcionado por el fabricante. Brevemente, las células vivas se marcaron mediante calceína-AM, mientras que las células muertas se tiñeron con yoduro de propidio (PI); Luego, las células se observaron bajo un microscopio confocal (Nikon, Japón).

Se realizó un ensayo CCK-8 para determinar aún más la citotoxicidad de BiF ₃ :NP de Ln @ PVP in vitro. En detalle, las células HepG2 se recolectaron y se sembraron en una placa de 96 pocillos con 3000 células por pocillo y se cultivaron en una incubadora durante la noche. Diferentes concentraciones de BiF ₃ :Se mezclaron Ln @ PVP NP (0, 25, 50, 100, 200 y 400 μg / mL) con las células y se cultivaron durante 24 h. Se añadió el reactivo CCK-8 (10 μL) a cada pocillo y se incubó durante 2 ha 37 ° C. Posteriormente, se midieron los valores de DO de cada pocillo a 450 nm mediante un lector de microplacas SPECTRA max (modelo 680, Bio-Rad, Tokio, Japón), y se calculó la viabilidad celular de cada concentración de acuerdo con la fórmula proporcionada por el fabricante. Estos experimentos se repitieron tres veces.

Animales

Se obtuvieron ratones desnudos hembra BALB / c (de 4 a 6 semanas de edad) del Centro de Animales de Laboratorio de la Universidad de Xiamen (Xiamen, China). Los ratones se criaron en un ambiente estéril y se mantuvieron durante un ciclo de luz / oscuridad de 12 h. A los animales se les inyectaron células HepG2 (1,0 x 10 ⁷ / mL) por vía subcutánea para inducir la formación de tumores. Todos los experimentos con animales en este trabajo se llevaron a cabo de acuerdo con el protocolo aprobado por el Comité de Uso y Cuidado de Animales de la Universidad de Xiamen.

Biocompatibilidad de BiF ₃ :NP de Ln @ PVP en vivo

Se utilizó un análisis histológico para observar la biocompatibilidad de BiF ₃ :NP de Ln @ PVP in vivo. A los ratones del grupo experimental se les inyectó un BiF ₃ :Suspensión de Ln @ PVP NP a 200 mg / kg a través de la vena de la cola; A los ratones de control se les inyectó por vía intravenosa el mismo volumen de PBS. Después de 24 h, los órganos principales, incluidos el corazón, el hígado, el bazo, los pulmones, los riñones y el cerebro, se extrajeron inmediatamente después de sacrificar a los ratones. Todos los órganos se fijaron con fijador de paraformaldehído al 4% durante 12 horas y luego se incluyeron en parafina y se cortaron en rodajas. Finalmente, se realizó tinción con hematoxilina-eosina (H&E). La morfología de los órganos se evaluó y se capturó con un microscopio de fluorescencia vertical (Leica DM2700 P, Alemania).

Rendimiento CT de BiF ₃ :NP Ln @ PVP In Vitro e In Vivo

Estudiar la aplicación de BiF ₃ :Tomografía computarizada in vitro de NP de Ln @ PVP, BiF ₃ Se prepararon suspensiones de Ln @ PVP NP e iohexol y se diluyeron a 0, 0,625, 1,25, 2,5, 5,0, 10,0 y 20,0 mg / ml y se retiraron a tubos Eppendorf de 0,3 ml. Las imágenes de TC y los valores de TC correspondientes de BiF ₃ :Las suspensiones de Ln @ PVP NP e Iohexol se obtuvieron y registraron mediante un instrumento CT de rayos X (Siemens) con un voltaje de operación de 50 kV y 80 kV, respectivamente. A continuación, la capacidad de obtención de imágenes por TC de BiF ₃ :Se estudiaron las NP de Ln @ PVP in vivo; El BiF ₃ :Se inyectó por vía intratumoral la suspensión de Ln @ PVP NP en los ratones desnudos portadores de tumor a 200 mg / kg (100 µl). Posteriormente, los ratones fueron anestesiados y se utilizó la máquina de TC de rayos X (Siemens, 80 kV, 88 μA) para capturar imágenes de TC antes y después de la administración de BiF ₃ :Ln @ PVP.

Rendimiento CT de BiF ₃ :NP de Ln @ PVP en el tracto gastrointestinal y análisis histológico

Para explorar más a fondo el valor de BiF ₃ :NP de Ln @ PVP en imágenes de TC, los ratones se mantuvieron en ayunas durante la noche y se les administró por vía oral un BiF ₃ :Suspensión de Ln @ PVP NP (300 μL, 20 mg / mL) a través de una sonda gástrica. A continuación, los ratones se anestesiaron por vía intraperitoneal con hidrato de cloral. A continuación, se capturaron imágenes GI a diferentes intervalos (0, 15 min, 30 min, 120 min, 6 h, 12 h, 24 hy 48 h) a 80 kV. Finalmente, se reconstruyeron modelos 3D de los ratones mediante la máquina de TC. A continuación, se sacrificaron los ratones y se extrajeron los estómagos, el intestino delgado y el intestino grueso y se fijaron con paraformaldehído al 4% durante 12 h. Luego se incluyeron en parafina y se seccionaron antes de la tinción H&E para evaluar la toxicidad gastrointestinal de BiF ₃ :Ln @ PVP NPs.

Análisis estadístico

Los datos se analizaron mediante ANOVA de una vía; a P valor <0,05 se consideró estadísticamente significativo en todos los análisis (nivel de confianza del 95%).

Resultados y discusión

Fabricación y propiedades fisicoquímicas del BiF ₃ :Ln @ PVP NP

Primero, el BiF ₃ Se prepararon NP de Ln @ PVP mediante una reacción hidrotermal (Esquema 1). La Figura 1A muestra la morfología del BiF ₃ :Ln @ PVP NPs por TEM. El BiF ₃ :Las NP Ln @ PVP tienen una estructura uniforme y esférica. El tamaño medio del BiF ₃ :Ln @ PVP NPs es de aproximadamente 380 nm y se dispersa uniformemente. La figura del inserto muestra que las nanopartículas tienen una distribución de tamaño de partícula relativamente estrecha (abajo a la derecha). La composición de BiF ₃ :Los NP de Ln @ PVP fueron analizados por EDS después de evaluar la morfología del BiF ₃ :Ln @ PVP NP. La Figura 1B-F muestra una imagen de campo oscuro de BiF ₃ :NP de Ln @ PVP tomadas antes del análisis elemental. Los resultados muestran que nuestras nanopartículas están compuestas principalmente por elementos Gd, Yb, Er y Bi, lo que indica que BiF ₃ :Los NP de Ln @ PVP se sintetizaron con éxito.

La PVP es un estabilizador eficaz para mejorar la biocompatibilidad y la estabilidad de los nanomateriales [32]. Por lo tanto, modificamos nuestras nanopartículas con PVP como se informó anteriormente [33]. Se utilizaron espectros FTIR para determinar si el PVP se recubrió con éxito sobre la superficie de las nanopartículas (Fig. 2). Hubo picos de absorción fuertes del grupo C =O y picos del grupo C – N a 1658 y 1293 cm ⁻¹ , respectivamente. Estos eran de PVP, lo que indica que el recubrimiento de PVP en la superficie de las nanopartículas estaba completo [34]. El patrón XRD del BiF ₃ :Los NP de Ln @ PVP se muestran en la Fig. 3. La Figura 3A muestra que todos los picos están bien emparejados con la tarjeta estándar BiF _3: Datos de Ln (PDF 74-0144) que demuestran además que el BiF ₃ :Los PN de Ln @ PVP se prepararon con éxito. Los parámetros atómicos del BiF ₃ La estructura se puede utilizar como parámetros iniciales en la tarjeta cif estándar a través del software Diamond. La estructura estándar produjo PDF 74-0144, a = b = c =5,865 Å, V =201,75 (3) Å y densidad ( c ) =8,755. El BiF ₃ La estructura cristalina vista desde el eje C tiene capas apiladas en la dirección perpendicular al eje A (Fig.4B), y la vista de una estructura única desde el eje A muestra que Bi está en el centro del átomo (Fig. 4C). Estos resultados indican que BiF ₃ :Los NP Ln @ PVP tienen una buena estructura cristalina y el revestimiento de la superficie solo influye ligeramente en la estructura cristalina de BiF ₃ :Ln @ PVP NPs.

Estabilidad y citocompatibilidad de BiF ₃ :Ln @ PVP NP

Dado que el tamaño de la dispersión de las nanopartículas puede afectar la interacción con los sistemas biológicos, es necesario estudiar el tamaño de la dispersión de las nanopartículas en diferentes soluciones [33]. La Figura 4A, B muestra que BiF _3: Los NP de Ln @ PVP tienen una distribución relativamente estrecha en DI y PBS (pH =7,4), lo que indica que BiF _3: Las NP Ln @ PVP tienen buena estabilidad en diferentes soluciones. Por tanto, son adecuados para aplicaciones biológicas.

La citotoxicidad de BiF ₃ :Los NP de Ln @ PVP se estudiaron después de demostrar que BiF _3: Las NP Ln @ PVP tienen buena estabilidad en diferentes soluciones. El experimento de muertos vivos evaluó la citotoxicidad de BiF _3: Ln @ PVP NPs. No se observó ninguna fluorescencia roja obvia cuando la concentración de BiF ₃ :La suspensión de NP de Ln @ PVP alcanzó 400 µg / ml y se cultivó con células HepG2 durante 24 h (en comparación con el grupo de control; Fig. 4C). Esto indica que no hubo muerte celular significativa en el grupo experimental. Posteriormente, se realizó un ensayo CCK-8 para estudiar más a fondo la citotoxicidad de BiF ₃ :Ln @ PVP NP. La Figura 4D muestra la viabilidad celular de las células HepG2 incubadas con varias concentraciones de BiF ₃ :Ln @ PVP NP suspensiones durante 24 h, todos los grupos experimentales de células HepG2 tenían viabilidades celulares relativamente altas. Además, la viabilidad celular fue tan alta como 85,96% cuando la concentración de BiF _3: La suspensión de Ln @ PVP NP alcanzó 400 μg / mL. Estos resultados demostraron que el BiF _3: Los NP de Ln @ PVP poseían una biocompatibilidad favorable in vitro, que puede atribuirse al recubrimiento de PVP en la superficie del BiF ₃ :Ln @ PVP NPs.

Biocompatibilidad de BiF ₃ :NP de Ln @ PVP en vivo

Además de la baja citotoxicidad, una buena biocompatibilidad in vivo es otra condición necesaria para el uso clínico de los agentes de contraste [35]. Por lo tanto, el BiF _3: Se preparó una suspensión de Ln @ PVP NP y se inyectó en los ratones a 200 mg / kg (100 µl) a través de la vena de la cola. Se inyectó el mismo volumen de solución de PBS y se estableció como grupo de control. Después de 24 h, se sacrificaron los ratones y se extirparon los órganos principales durante la necropsia. La tinción H&E se realizó para evaluar la toxicidad del sistema. La figura 5 no muestra anomalías patológicas obvias después de BiF ₃ :Administración de NP de Ln @ PVP durante 24 h. Estos resultados indican que BiF ₃ :Los NP de Ln @ PVP tienen una buena biocompatibilidad, lo que es consistente con la baja citotoxicidad mostrada anteriormente.

La capacidad de BiF ₃ :Imágenes por TC in vitro de NP Ln @ PVP

Los elementos con alto número atómico suelen tener efectos de alto contraste debido a su gran atenuación de rayos X. Por ejemplo, los agentes de contraste preparados a partir de metales preciosos con un alto número atómico (Au [36], Ag [37], etc.) tienen excelentes efectos de imagen por TC como se informó anteriormente. Por lo tanto, se puede considerar un tipo prometedor de agente de contraste. Sin embargo, su alto costo limita su aplicación clínica posterior. El bismuto tiene buena seguridad biológica y bajo costo, con una gran capacidad de atenuación de los rayos X [38,39,40,41]. Aquí, para evaluar el efecto del agente de contraste de BiF ₃ :Ln @ PVP NPs, comparamos la capacidad de atenuación de rayos X de BiF ₃ :NP de Ln @ PVP con el agente de contraste comercial Iohexol en solución in vitro. La Figura 6A, B muestra las imágenes de TC correspondientes de BiF ₃ :Ln @ PVP e Iohexol bajo diferentes tensiones de funcionamiento (50 kV y 80 kV, respectivamente). La Figura 6A, B indica que el nivel de gris de la imagen cambia gradualmente de un tono negro a un tono blanco a medida que aumenta la concentración de las suspensiones. Sin embargo, a la misma concentración, BiF ₃ :Ln @ PVP tiene un tono más brillante que el iohexol porque el coeficiente de atenuación de rayos X de Bi es mayor I (Bi es 5,74 cm ² kg ⁻¹ y yo mide 1,94 cm ² kg ⁻¹ a 100 keV) [42].

La Figura 6C muestra que el valor de CT (Unidad Hounsfield, HU) aumenta linealmente al aumentar BiF ₃ :NP de Ln @ PVP y concentración de Iohexol (ambos R ² > 0,99) independientemente de la tensión de funcionamiento. El valor CT de la concentración de masa unitaria de BiF ₃ :Ln @ PVP NPs es mucho más alto que el de Iohexol (1,5 y 1,7 veces más alto que el de 50 kV y 80 kV, respectivamente). Estos resultados indican que el BiF ₃ :Los NP de Ln @ PVP pueden proporcionar un mejor efecto de contraste a las mismas dosis en comparación con el iohexol comercial; estos datos confirman que el BiF ₃ :Las NP Ln @ PVP tienen una buena capacidad de obtención de imágenes por TC in vitro, lo cual es de gran importancia porque puede reducir la cantidad de agente de contraste al tiempo que garantiza buenos efectos de imagen. Esto puede reducir significativamente la toxicidad y los efectos secundarios.

Efecto de contraste de BiF ₃ :NP de Ln @ PVP In Vivo CT Imaging

El BiF ₃ :A continuación, se inyectó la suspensión de NP de Ln @ PVP por vía intratumoral en los ratones portadores de tumores (200 mg / kg, 100 µL) para evaluar el efecto de contraste de BiF ₃ :Tomografía computarizada in vivo de NP de Ln @ PVP. Se detecta un fuerte cambio en la intensidad de la señal en comparación con el valor inicial en la misma área del tumor después de 1 h de administración de BiF ₃ :Suspensión Ln @ PVP NP (Fig. 7A). Mientras tanto, la Fig. 7B muestra que el valor de CT de la postinyección (184.58 HU) es mucho más alto que el de la preinyección (48.9 HU). Esto se debe al aumento en el coeficiente de atenuación de rayos X del tejido tumoral después de BiF ₃ :Los NP de Ln @ PVP se distribuyen en el tejido tumoral. Los resultados indican que el BiF ₃ :Las NP Ln @ PVP tienen una gran capacidad de obtención de imágenes por TC in vivo.

Rendimiento de imágenes de TC del tracto gastrointestinal de BiF ₃ :NP de Ln @ PVP y su toxicidad gastrointestinal

Alentados por los prometedores resultados anteriores, nos motivó a evaluar más a fondo la posible aplicación de BiF ₃ :NP de Ln @ PVP en imágenes de TC. Como método de imagen no invasivo común, la TC juega un papel vital en el diagnóstico de enfermedades gastrointestinales y en la formulación de planes de tratamiento debido a su conveniente procesamiento de imágenes, sin daño tisular y sin dolor en los pacientes [43, 44]. El agente de contraste de sulfato de bario comúnmente usado se usa generalmente junto con polvo aerogénico. Debido a las diferentes densidades producidas por las dos sustancias, el tracto GI no siempre se puede mostrar claramente, lo que da como resultado diagnósticos perdidos, lo que limita su uso clínico [45]. Por tanto, es de gran importancia explorar agentes de contraste GI de alta eficacia que no requieran asistencia adicional. En este trabajo, exploramos el efecto de BiF ₃ :NP de Ln @ PVP en el tracto gastrointestinal en ratones desnudos.

La Figura 8A muestra que la forma del estómago y el intestino delgado se hizo visible después de la administración oral de BiF ₃ :Suspensión de Ln @ PVP NP (20 mg / mL, 300 μL) durante 15 min. A los 30 minutos, el BiF ₃ :Los NP de Ln @ PVP se metabolizaron con la peristalsis del estómago. La morfología del estómago se debilitó. A los 120 minutos, la mayoría de BiF ₃ :Las NP de Ln @ PVP se metabolizaron desde el estómago, y solo se pudo ver el contorno del estómago restante. El BiF ₃ :Las NP de Ln @ PVP comenzaron a aparecer en el contorno del intestino grueso a las 6 h, lo que indica que las nanopartículas comenzaron a enriquecerse en el intestino grueso; la morfología del intestino grueso era claramente visible a las 12 h. La mayoría de BiF ₃ :Se excretaron NPs de Ln @ PVP y solo queda una pequeña parte a las 24 h. No pudimos observar la morfología GI en el intervalo de 48 h, lo que indica que todos los BiF ₃ :Los NP de Ln @ PVP se excretaron del tracto GI. Después de que las nanopartículas se excretaron por completo del tracto GI, los ratones se sacrificaron y se extrajeron el estómago, el intestino delgado y el intestino grueso para un ensayo H&E para evaluar la toxicidad GI del BiF ₃ :Ln @ PVP NP. La Figura 8B no muestra cambios histológicos obvios en el estómago, el intestino delgado o el intestino grueso después de 48 h de administración oral de BiF ₃ NP:Ln @ PVP que demuestran que las NP BiF3:Ln @ PVP no tienen una toxicidad significativa para el tracto gastrointestinal. Estos resultados indican que BiF ₃ :Los NP de Ln @ PVP se pueden utilizar como un agente de contraste de TC potencial para el tracto GI para mejorar el rendimiento de las imágenes de TC del tracto GI, sin tener una toxicidad obvia para el tracto GI.

Estos resultados indican que BiF ₃ :Los NP de Ln @ PVP tienen potencial como agentes de contraste de CT clínicos para imágenes tumorales y gastrointestinales. Sin embargo, debido a la limitación del tamaño de partícula, BiF ₃ :Las NP de Ln @ PVP no pueden lograr un buen efecto de permeabilidad y retención mejoradas (EPR) [46]. La seguridad biológica a largo plazo de BiF ₃ :Las NP de Ln @ PVP y el proceso metabólico in vivo requieren más estudios.

Conclusión

En este documento, sintetizamos un nuevo agente de contraste de CT mediante un proceso hidrotermal. Los datos TEM muestran que BiF ₃ :Las NP Ln @ PVP tienen una estructura esférica uniforme con un tamaño medio de aproximadamente 380 nm. Los espectros FTIR muestran que el PVP se envolvió con éxito en la superficie de las nanopartículas para mejorar la seguridad biológica de las nanopartículas. Luego comparamos el efecto de imagenología de TC in vitro con Iohexol bajo diferentes voltajes operativos. Los resultados indican que el BiF ₃ :Las NP Ln @ PVP tienen una mejor capacidad de atenuación de rayos X que el iohexol. Los estudios de biocompatibilidad muestran que BiF ₃ :Los NP de Ln @ PVP no tienen una toxicidad obvia para los órganos principales in vivo. Finalmente, la buena capacidad de atenuación de rayos X permite que BiF ₃ :NP de Ln @ PVP para tener buenos efectos de imagen de contraste in vivo para visualizar con éxito el tracto GI en detalle sin causar daño al tracto GI. Por lo tanto, nuestro trabajo ofrece un agente de contraste CT de alta eficiencia con buena estabilidad soluble en agua, buena bioseguridad y alta eficiencia. These features make it a potential candidate for clinical contrast agents.