Síntesis rápida de nanopartículas BiF₃@Ln (Gd, Yb, Er) recubiertas con PVP para imagenología CT avanzada de baja toxicidad

Resumen

La tomografía computarizada por rayos X (CT) se usa ampliamente en práctica clínica, y agentes de contraste como Iohexol se emplean a menudo para mejorar el contraste entre tejidos normales y enfermos. Sin embargo, estos agentes pueden tener cierta toxicidad. Por tanto, se necesitan urgentemente nuevos agentes de contraste para CT. Debido a su alto número atómico (Z = 83), bajo coste, buena seguridad biológica y gran capacidad de atenuación de rayos X (5,74 cm² kg⁻¹ a 100 keV), el bismuto ha despertado gran interés en el campo de agentes de contraste nanoestructurados para CT. Aquí sintetizamos nanopartículas (NPs) BiF₃:Ln@PVP con tamaño medio de ~380 nm. Tras recubrirlas con polivinilpirrolidona (PVP), las NPs BiF₃:Ln@PVP poseen buena estabilidad y gran biocomparabilidad. Comparadas con el agente de contraste clínico Iohexol, las NPs BiF₃:Ln@PVP mostraron mayor contraste en imagenología CT in vitro. Posteriormente, tras inyección in situ con NPs BiF₃:Ln@PVP, el valor CT del sitio tumoral tras la inyección fue significativamente mayor que antes (valor CT pre-inyección 48,9 HU y post-inyección 194,58 HU). La morfología del tracto gastrointestinal (GI) puede observarse claramente con el tiempo tras administración oral de NPs BiF₃:Ln@PVP. Finalmente, las NPs BiF₃:Ln@PVP fueron excretadas completamente del tracto GI de ratones en 48 h tras administración oral sin daño evidente al tracto GI. En resumen, nuestras NPs BiF₃:Ln@PVP de fácil síntesis pueden usarse como agente de contraste clínico potencial y tienen amplias perspectivas en imagenología CT.

Introducción

La tomografía computarizada por rayos X (CT) puede imaginar tejidos y órganos internos de forma transversal con alta resolución y bajo coste [1, 2]. Es un medio importante para diagnosticar enfermedades respiratorias, digestivas y del sistema urinario [3-8]. Sin embargo, a veces la CT tiene bajo contraste entre tejidos enfermos y normales. Por tanto, agentes de contraste como Iohexol se usan ampliamente en práctica clínica para mejorar específicamente la atenuación de rayos X de tejidos enfermos. Sin embargo, los agentes de contraste clínicos a menudo se usan en dosis grandes debido a la baja sensibilidad de detectores CT [9]. Además, los agentes de contraste comerciales basados en yodo tienen metabolismo extremadamente rápido en el cuerpo y efectos secundarios graves, incluyendo eventos cardíacos y nefrotoxicidad; estos problemas limitan su uso clínico y deben resolverse urgentemente [10-15].

Los nanomateriales han mostrado amplias perspectivas en remediación ambiental, aplicaciones fotovoltaicas, catalizadores, etc. [16-21]. Por ejemplo, Balati et al. [22] sintetizaron un fotocatalizador heteroestructurado (HBTiO₂/RBIHM-MoS₂) usando ablación láser pulsada en líquido (PLAL) seguida de irradiación por microondas. Los nanomateriales también se han usado ampliamente en medicina, incluyendo imagenología y tratamiento.

Oro (Au), tantalio (Ta), platino (Pt) y otros elementos con alta atenuación de rayos X han interesado a investigadores, y nanomateriales sintetizados de estos elementos se han investigado bien como agentes de contraste potenciales para imagenología CT [1, 12-15, 23, 24]. Sin embargo, su alto precio y biosseguridad incierta limitan su uso. El bismuto (Bi) es conocido como elemento bioseguro y de bajo coste. Se ha usado en práctica clínica y juega papel crítico en terapia combinada para Helicobacter pylori y otras enfermedades, incluyendo enfermedad hepática crónica, úlceras gástricas y duodenales. Tiene gran seguridad biológica y tolerancia durante el tratamiento [7, 25]. También, Bi se ha usado en preparación de agentes de contraste nanoestructurados como HA-BiO NPs, Bi₂S₃, BION y Bi₂Te₃ por su alto número atómico (Z = 83) y excelente capacidad de atenuación de rayos X (5,74 cm² kg⁻¹ a 100 keV) [26-29].

Por ejemplo, Mohsen Mahvi et al. sintetizaron nanoflakes de Bi₂Te₃ vía proceso poliol asistido por microondas que mostraron mejor coeficiente de atenuación de rayos X que Iohexol comercial [29]. Así, Bi es un elemento prometedor para construir agentes de contraste CT de alto rendimiento. Sin embargo, la preparación de nanoagentes de contraste basados en Bi es compleja [30, 31].

Aquí combinamos Bi con lantánidos (Gd, Yb, Er) mediante un protocolo fácil y de bajo coste para fabricar nanopartículas (NPs) BiF₃:Ln@PVP. Luego investigamos su potencial para generar contraste en imagenología CT. Tras recubrir las muestras con PVP, las NPs BiF₃:Ln@PVP mostraron buena estabilidad y baja toxicidad biológica. Estas muestras exhiben mejor atenuación de rayos X que Iohexol comercial in vitro, tienen buen contraste in vivo y ofrecen gran imagenología CT del tracto gastrointestinal (GI). Importante, tras 48 h de administración oral de BiF₃:Ln@PVP, las nanopartículas fueron excretadas completamente del cuerpo sin daño evidente a órganos vitales como hígado y riñones. Creemos que nuestro trabajo puede proporcionar nueva base teórica para el uso clínico de agentes de contraste nanoestructurados para CT.

Métodos

Todos los protocolos experimentales, incluyendo 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(NO₃)₃·5H₂O, ≥ 99,99 %), fluoruro de amonio (NH₄F, ≥ 99,99 %), nitrato de iterbio hexahidratado (Yb(NO₃)₃·6H₂O, ≥ 99,9 %), nitrato de erbio hexahidratado (Er(NO₃)₃·6H₂O, ≥ 99,9 %), nitrato de gadolinio hexahidratado (Gd(NO₃)₃·6H₂O, ≥ 99,9 %), polivinilpirrolidona (PVP, ≥ 99,0 %) e Iohexol (≥ 99,0 %) se compraron a Aladdin Reagents (Shanghai, China). El kit de tinción live-dead y kit de conteo celular-8 (CCK-8) se compraron a Yeasen (Shanghai, China). El medio RPMI 1640, penicilina, estreptomicina y suero fetal bovino (FBS) se adquirieron de Gibco (Nueva York, EE. UU.).

Fabricación de NPs BiF₃:Ln@PVP

Las NPs BiF₃:Ln@PVP se sintetizaron vía método hidrotérmico. En detalle, 1 mmol Ln(NO₃)₃ (Ln = Yb, Er, Gd) y 1 mmol Bi(NO₃)₃ se disolvieron en 35 mL de solución con 5 mL agua desionizada (DI) y 30 mL glicol etileno para formar solución transparente A. Esta se mezcló con 0,5 g PVP (M_W = 10 000) y se agitó a temperatura ambiente 10 min. NH₄F (20 mmol) se disolvió en 10 mL DI para formar solución B. La solución B se vertió en solución A, formándose mezcla blanca C tras agitar 20 min. La solución C se introdujo en autoclave de 50 mL y se calentó a 180 °C por 24 h. La temperatura bajó naturalmente a temperatura ambiente tras 24 h. Finalmente, las muestras se centrifugaron (8000 rpm, 3 min) y lavaron con DI y alcohol para eliminar sustancias no reaccionadas. Las muestras finales se recogieron por liofilización.

Caracterización de NPs BiF₃:Ln@PVP

La morfología de NPs BiF₃:Ln@PVP se detectó por microscopía electrónica de transmisión (TEM, TECNAI G20 F30 TWIN, Oxford) a 300 kV. La composición se analizó por espectroscopía de energía dispersiva (EDS) en TEM incluyendo análisis de mapa. La espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR, Thermo Scientific Nicolet iN10 MX, EE. UU.) se usó para distinguir grupos funcionales de las muestras. Las estructuras cristalinas y características de fase de NPs BiF₃:Ln@PVP usaron difracción de rayos X en polvo (XRD, D8 Advance) con radiación Cu Kα a 40 kV y 40 mA. La distribución de tamaño de nanopartículas dispersas en DI y PBS (pH 7,4) se investigó por dispersión dinámica de luz (DLS, Brookhaven Instruments-Omni, EE. UU.).

Línea celular y cultivo: Células HepG2 provinieron del Banco de Células de la Academia China de Ciencias (Shanghai, China). Las células se cultivaron en medio RPMI 1640 con 10 % FBS y 1 % penicilina-estreptomicina a 37 °C y 5 % CO₂. El medio se cambió cada dos días.

Citocompatibilidad de NPs BiF₃:Ln@PVP in vitro

La citocompatibilidad in vitro se estimó por ensayo live-dead y CCK-8. En detalle, células HepG2 se recolectaron y sembraron en platos confocales a 5,0 × 10⁵. Se cultivaron overnight. Las suspensiones de NPs BiF₃:Ln@PVP se añadieron a concentraciones diferentes (100, 200, 400 μg/mL) como grupos experimentales. Mientras tanto, medio sin nanopartículas se añadió como control. Ambos grupos se cultivaron 24 h. Tras 24 h, se retiró el medio original y se realizó ensayo live-dead según protocolo del fabricante. Brevemente, células vivas se marcaron con Calceína-AM, mientras que células muertas se tiñeron con yoduro de propidio (PI); se observaron bajo microscopio confocal (Nikon, Japón).

Se realizó ensayo CCK-8 para determinar citotoxicidad in vitro. Células HepG2 se sembraron en placa de 96 pozos con 3000 células/pozo y cultivaron overnight. Diferentes concentraciones de NPs BiF₃:Ln@PVP (0, 25, 50, 100, 200, 400 μg/mL) se mezclaron con células y cultivaron 24 h. Reactivo CCK-8 (10 μL) se añadió a cada pozo e incubó 2 h a 37 °C. Luego, valores OD de cada pozo se midieron a 450 nm con lector de microplacas SPECTRA max (modelo 680, Bio-Rad, Tokio, Japón), y la viabilidad celular de cada concentración se calculó según fórmula del fabricante. Experimentos se repitieron tres veces.

Animales

Ratonas BALB/c nu/nu (4-6 semanas) se obtuvieron del Centro de Animales de Laboratorio de Universidad de Xiamen (Xiamen, China). Los ratones se criaron en ambiente estéril con ciclo 12 h luz/oscuridad. Se inyectaron células HepG2 (1,0 × 10⁷/mL) subcutáneamente para inducir formación de tumor. Todos los experimentos con animales se realizaron según protocolo aprobado por el Comité de Cuidado y Uso de Animales de Universidad de Xiamen.

Biocompatibilidad de NPs BiF₃:Ln@PVP in vivo

El análisis histológico se usó para observar biocompatibilidad in vivo. Ratones del grupo experimental se inyectaron con suspensión de NPs BiF₃:Ln@PVP a 200 mg/kg por vena cola; ratones control recibieron mismo volumen de PBS. Tras 24 h, órganos principales (corazones, hígados, bazos, pulmones, riñones, cerebros) se extrajeron tras sacrificio. Todos los órganos se fijaron con paraformaldehído 4 % por 12 h, se incluyeron en parafina y seccionaron. Finalmente, se realizó tinción hematoxilina-eosina (H&E). La morfología de órganos se evaluó y capturó con microscopio de fluorescencia vertical (Leica DM2700 P, Alemania).

Rendimiento CT de NPs BiF₃:Ln@PVP in vitro e in vivo

Para estudiar aplicación en imagenología CT in vitro, suspensiones de NPs BiF₃:Ln@PVP e Iohexol se prepararon y diluyeron a 0, 0,625, 1,25, 2,5, 5,0, 10,0, 20,0 mg/mL en tubos Eppendorf de 0,3 mL. Imágenes CT y valores CT correspondientes se obtuvieron y registraron con instrumento CT de rayos X (Siemens) a 50 kV y 80 kV. Luego se estudió capacidad de imagenología CT in vivo: suspensión de NPs BiF₃:Ln@PVP se inyectó intratumoralmente en ratones nu/nu portadores de tumor a 200 mg/kg (100 μL). Posteriormente, los ratones fueron anestesiados y la máquina CT de rayos X (Siemens, 80 kV, 88 μA) capturó imágenes CT antes y tras administración de NPs BiF₃:Ln@PVP.

Rendimiento CT de NPs BiF₃:Ln@PVP en tracto GI y análisis histológico

Para explorar valor en imagenología CT, los ratones ayunaron overnight y se administraron oralmente suspensión de NPs BiF₃:Ln@PVP (300 μL, 20 mg/mL) por sonda gástrica. Los ratones fueron anestesiados intraperitonealmente con hidrato de cloral. Luego, imágenes GI a diferentes intervalos (0, 15 min, 30 min, 120 min, 6 h, 12 h, 24 h, 48 h) se capturaron a 80 kV. Finalmente, modelos 3D de ratones se reconstruyeron vía máquina CT. Los ratones fueron sacrificados y estómagos, intestinos delgado y grueso se extrajeron y fijaron con paraformaldehído 4 % por 12 h. Se incluyeron en parafina, seccionaron y tiñeron con H&E para evaluar toxicidad GI de NPs BiF₃:Ln@PVP.

Análisis estadístico

Los datos se analizaron con ANOVA de un factor; valor P < 0,05 se consideró estadísticamente significativo (nivel de confianza 95 %).

Resultados y discusión

Fabricación y propiedades fisicoquímicas de NPs BiF₃:Ln@PVP

Primero, NPs BiF₃:Ln@PVP se prepararon mediante reacción hidrotérmica (Esquema 1). La Figura 1A muestra la morfología por TEM. Las NPs tienen estructura esférica uniforme. El tamaño medio es ~380 nm y están dispersas uniformemente. La figura insertada muestra distribución de tamaño de partícula relativamente estrecha (esquina inferior derecha). La composición se analizó por EDS tras evaluar morfología. Figs. 1B-F muestran imagen de campo oscuro de NPs BiF₃:Ln@PVP antes de análisis elemental. Los resultados muestran que nuestras nanopartículas están compuestas principalmente de Gd, Yb, Er y Bi, indicando síntesis exitosa.

Diagrama esquemático del proceso de síntesis de NPs BiF₃:Ln@PVP y sus aplicaciones

Morfología y tamaño de partícula de NPs BiF₃:Ln@PVP. A Imágenes TEM de NPs BiF₃:Ln@PVP y distribución de tamaño (esquina inferior derecha). B-F TEM de campo oscuro de NPs BiF₃:Ln@PVP y mapas elementales correspondientes de Gd, Yb, Bi, Er

PVP es estabilizador efectivo para mejorar biocompatibilidad y estabilidad de nanomateriales [32]. Por tanto, modificamos nuestras NPs con PVP como se reportó [33]. Espectros FTIR se usaron para determinar si PVP se recubrió exitosamente en superficie de NPs (Fig. 2). Hubo picos de absorción fuerte de grupo C=O y C-N a 1658 y 1293 cm⁻¹, respectivamente, provenientes de PVP, indicando recubrimiento completo [34]. El patrón XRD de NPs BiF₃:Ln@PVP se muestra en Fig. 3. Fig. 3A muestra que todos los picos coinciden con tarjeta estándar BiF₃:Ln (PDF 74-0144), demostrando preparación exitosa. Los parámetros atómicos de estructura BiF₃ pueden usarse como parámetros iniciales en tarjeta cif estándar vía software Diamond. La estructura estándar dio PDF 74-0144, a = b = c = 5,865 Å, V = 201,75(3) ų, densidad = 8,755. La estructura cristalina de BiF₃ vista desde eje C tiene capas apiladas perpendicular al eje A (Fig. 4B), y vista de estructura individual desde eje A muestra Bi en centro del átomo (Fig. 4C). Estos resultados indican que NPs BiF₃:Ln@PVP tienen buena estructura cristalina, y el recubrimiento superficial solo influye ligeramente en la estructura cristalina.

Espectros FTIR de NPs BiF₃:Ln@PVP. Línea azul: pico de absorción inicial de BiF₃:Ln. Línea roja: pico tras modificar PVP en superficie

Patrón XRD de NPs BiF₃:Ln@PVP. A Todos los picos coinciden con tarjeta estándar BiF₃:Ln (PDF 74-0144). B Vista de distribución atómica desde eje C y C coordinación según eje A

Estabilidad y citocompatibilidad de NPs BiF₃:Ln@PVP. A Diámetro hidrodinámico en DI y B PBS (pH 7,4). C Ensayo live-dead y D CCK-8 de células HepG2 tratadas con diferentes concentraciones de NPs BiF₃:Ln@PVP por 24 h

Estabilidad y citocompatibilidad de NPs BiF₃:Ln@PVP

Dado que el tamaño de dispersión de NPs puede afectar interacción con sistemas biológicos, es necesario estudiar tamaño de dispersión en diferentes soluciones [33]. Figs. 4A, B muestran que NPs BiF₃:Ln@PVP tienen distribución relativamente estrecha en DI y PBS (pH 7,4), indicando buena estabilidad en diferentes soluciones, aptas para aplicaciones biológicas.

La citotoxicidad se estudió tras probar estabilidad. El ensayo live-dead evaluó citotoxicidad. No se observó fluorescencia roja obvia cuando concentración de suspensión de NPs BiF₃:Ln@PVP alcanzó 400 µg/mL y se cultivó con HepG2 por 24 h (vs control; Fig. 4C). Esto indica no muerte celular significativa en grupo experimental. Posteriormente, ensayo CCK-8 estudió citotoxicidad. Fig. 4D muestra viabilidad celular de HepG2 incubadas con varias concentraciones de NPs BiF₃:Ln@PVP por 24 h; todos los grupos experimentales tuvieron viabilidades relativamente altas. Además, viabilidad fue 85,96 % a 400 μg/mL. Estos resultados demuestran que NPs BiF₃:Ln@PVP poseen biocompatibilidad favorable in vitro, atribuible al recubrimiento de PVP.

Biocompatibilidad de NPs BiF₃:Ln@PVP in vivo

Además de baja citotoxicidad, buena biocompatibilidad in vivo es necesaria para uso clínico de agentes de contraste [35]. Suspensión de NPs BiF₃:Ln@PVP se preparó e inyectó en ratones a 200 mg/kg (100 μL) por vena cola; mismo volumen de PBS como control. Tras 24 h, ratones fueron sacrificados y órganos principales extraídos en necropsia. Se realizó tinción H&E para evaluar toxicidad sistémica. Fig. 5 muestra ninguna anomalía patológica evidente tras administración de NPs BiF₃:Ln@PVP por 24 h. Estos resultados indican buena biocompatibilidad, consistente con baja citotoxicidad mostrada.

Imágenes de tinción H&E de órganos principales antes y tras administración de NPs BiF₃:Ln@PVP (barra 200 µm)

Capacidad de NPs BiF₃:Ln@PVP en imagenología CT in vitro

Elementos con alto número atómico suelen tener alto efecto de contraste por su gran atenuación de rayos X. Por ejemplo, agentes de contraste de metales preciosos con alto Z (Au [36], Ag [37], etc.) tienen excelentes efectos de imagenología CT. Sin embargo, su alto coste limita aplicación clínica. Bismuto tiene buena seguridad biológica, bajo coste y gran capacidad de atenuación [38-41]. Aquí, para evaluar efecto de agente de contraste de NPs BiF₃:Ln@PVP, comparamos capacidad de atenuación de rayos X de NPs BiF₃:Ln@PVP con solución de Iohexol comercial in vitro. Figs. 6A, B muestran imágenes CT correspondientes de BiF₃:Ln@PVP e Iohexol bajo diferentes voltajes (50 kV y 80 kV). Indican que nivel de gris cambia de sombra negra a blanca al aumentar concentración. Sin embargo, a misma concentración, BiF₃:Ln@PVP tiene sombra más brillante que Iohexol porque coeficiente de atenuación de Bi es mayor (Bi: 5,74 cm² kg⁻¹; I: 1,94 cm² kg⁻¹ a 100 keV) [42].

Comparación de efecto de imagenología CT in vitro entre NPs BiF₃:Ln@PVP e Iohexol. A, B Imagenología CT in vitro bajo 50 y 80 kV de NPs BiF₃:Ln@PVP e Iohexol. C Valores CT correspondientes de NPs BiF₃:Ln@PVP e Iohexol bajo 50 y 80 kV

Fig. 6C muestra que valor CT (Unidad Hounsfield, HU) aumenta linealmente con concentración de NPs BiF₃:Ln@PVP e Iohexol (ambos R² > 0,99) independientemente del voltaje. El valor CT de concentración unitaria de NPs BiF₃:Ln@PVP es mucho mayor que Iohexol (1,5 y 1,7 veces mayor a 50 kV y 80 kV). Esto indica que NPs BiF₃:Ln@PVP proveen mejor efecto de contraste a mismas dosis vs Iohexol comercial; confirman buena capacidad de imagenología CT in vitro, significando reducción de cantidad de agente de contraste manteniendo buen efecto de imagen, reduciendo toxicidad y efectos secundarios.

Efecto de contraste de NPs BiF₃:Ln@PVP en imagenología CT in vivo

La suspensión de NPs BiF₃:Ln@PVP se inyectó intratumoralmente en ratones portadores de tumor (200 mg/kg, 100 µL) para evaluar efecto de contraste in vivo. Se detecta cambio fuerte de intensidad de señal vs basal en misma área tumoral tras 1 h de administración (Fig. 7A). Fig. 7B muestra valor CT post-inyección (184,58 HU) mucho mayor que pre-inyección (48,9 HU). Esto se debe a aumento de coeficiente de atenuación de tejido tumoral tras distribución de NPs. Resultados indican gran capacidad de imagenología CT in vivo.

Efecto de NPs BiF₃:Ln@PVP en imagenología CT in vivo. A Imágenes CT antes y tras inyección y B valor CT correspondiente. Círculo rojo indica tejido tumoral

Rendimiento de imagenología CT de tracto GI de NPs BiF₃:Ln@PVP y su toxicidad GI

Animados por resultados prometedores, evaluamos potencial aplicación en imagenología CT. Como método no invasivo común, CT juega papel vital en diagnóstico de enfermedades GI y formulación de planes de tratamiento por procesamiento de imagen conveniente, sin daño tisular e indoloro [43, 44]. El agente de contraste de sulfato de bario se usa usualmente con polvo aerogénico. Debido a densidades diferentes de ambas sustancias, el tracto GI no siempre se muestra claramente resultando en diagnósticos perdidos, limitando uso clínico [45]. Es de gran importancia explorar agentes de contraste GI de alta eficiencia sin asistencia adicional. En este trabajo, exploramos efecto de NPs BiF₃:Ln@PVP en tracto GI de ratones nu/nu.

Fig. 8A muestra que forma de estómago e intestino delgado se volvió visible tras administración oral de suspensión de NPs BiF₃:Ln@PVP (20 mg/mL, 300 μL) a 15 min. A 30 min, NPs se metabolizaron con peristalsis estomacal; morfología gástrica se debilitó. A 120 min, la mayoría de NPs se metabolizaron del estómago, visible solo contorno residual. NPs empezaron a aparecer en contorno de intestino grueso a 6 h, indicando enriquecimiento en intestino grueso; morfología de intestino grueso visible claramente a 12 h. La mayoría de NPs excretadas y solo pequeña parte permanece a 24 h. No se observó morfología GI a 48 h, indicando excreción completa de NPs del tracto GI. Tras excreción completa, ratones fueron sacrificados y estómago, intestino delgado y grueso extraídos para ensayo H&E evaluando toxicidad GI. Fig. 8B muestra ningún cambio histológico evidente en estómago, intestino delgado o grueso tras 48 h de administración oral, demostrando que NPs BiF₃:Ln@PVP no tienen toxicidad significativa al tracto GI. Estos resultados indican que NPs BiF₃:Ln@PVP pueden usarse como agente de contraste CT potencial para tracto GI mejorando rendimiento de imagenología CT GI, sin toxicidad evidente.

A Imágenes CT de tracto GI tras administración oral de NPs BiF₃:Ln@PVP a diferentes intervalos (0, 15 min, 30 min, 120 min, 6 h, 12 h, 24 h, 48 h). B Imágenes H&E de estómago, intestino delgado y grueso antes y tras administración oral (barra 200 µm). "S", "SI", "LI" representan estómago, intestino delgado, intestino grueso

Estos resultados indican que NPs BiF₃:Ln@PVP tienen potencial como agentes de contraste CT clínicos para imagenología de tumor y GI. Sin embargo, por limitación de tamaño de partícula, NPs BiF₃:Ln@PVP no logran buen efecto de permeabilidad y retención mejorada (EPR) [46]. La seguridad biológica a largo plazo y proceso metabólico in vivo requieren más estudio.

Conclusión

Se sintetizó un nuevo agente de contraste CT vía proceso hidrotérmico. Datos TEM muestran que NPs BiF₃:Ln@PVP tienen estructura esférica uniforme con tamaño medio ~380 nm. Espectros FTIR muestran que PVP se envolvió exitosamente en superficie de NPs mejorando seguridad biológica. Comparamos efecto de imagenología CT in vitro con Iohexol bajo diferentes voltajes. Resultados indican que NPs BiF₃:Ln@PVP tienen mejor capacidad de atenuación de rayos X que Iohexol. Estudios de biocompatibilidad muestran que NPs BiF₃:Ln@PVP no tienen toxicidad evidente a órganos principales in vivo. Finalmente, la buena capacidad de atenuación permite a NPs BiF₃:Ln@PVP tener buenos efectos de imagenología de contraste in vivo visualizando tracto GI en detalle sin dañarlo. Por tanto, nuestro trabajo ofrece agente de contraste CT de alta eficiencia con buena estabilidad soluble en agua, buena bioseguridad y alta eficiencia. Estas características lo hacen candidato potencial para agentes de contraste clínicos.

Disponibilidad de datos y materiales

Los conjuntos de datos usados y/o analizados durante el estudio están disponibles del autor correspondiente bajo petición razonable.

Abreviaturas

CT:

Tomografía computarizada

PVP:

Polivinilpirrolidona

GI:

Gastrointestinal

PLAL:

Ablación láser pulsada en líquido

Bi:

Bismuto

Gd:

Gadolinio

Yb:

Iterbio

Er:

Erbio

Au:

Oro

Ta:

Tantalio

Pt:

Platino

I:

Yodo

NP:

Nanopartícula

CCK-8:

Kit de conteo celular-8

RPMI:

Instituto Memorial Roswell Park

FBS:

Suero fetal bovino

Ln:

Lantánidos

DI:

Agua desionizada

TEM:

Microscopía electrónica de transmisión

EDS:

Espectroscopía de energía dispersiva

FTIR:

Espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier

XRD:

Difracción de rayos X en polvo

DLS:

Dispersión dinámica de luz

PI:

Yoduro de propidio

H&E:

Hematoxilina-eosina

HU:

Unidad Hounsfield

EPR:

Permeabilidad y retención mejorada