Быстрый синтез наночастиц BiF₃@Ln (Gd, Yb, Er) с покрытием PVP для передовых КТ-исследований с низкой токсичностью

Аннотация

Рентгеновская компьютерная томография (КТ) широко используется в клинической практике, и контрастные вещества, такие как Иогексол, часто применяются для усиления контраста КТ-изображений между нормальными и больными тканями. Однако такие контрастные вещества могут иметь определенную токсичность. Таким образом, срочно необходимы новые КТ-контрастные агенты. Благодаря высокому атомному номеру (Z = 83), низкой стоимости, хорошей биологической безопасности и отличным свойствам ослабления рентгеновского излучения (5,74 см²/кг при 100 кэВ), висмут привлек большое внимание исследователей в области наноразмерных КТ-контрастных агентов. Здесь мы синтезировали наночастицы BiF₃: Ln@PVP со средним размером около 380 нм. После покрытия поливинилпирролидоном (PVP) наночастицы BiF₃: Ln@PVP обладали хорошей стабильностью и отличной биосовместимостью. При этом по сравнению с клиническим контрастным агентом Иогексол наночастицы BiF₃: Ln@PVP показали превосходный in vitro КТ-контраст. После внутриопухолевой инъекции наночастиц BiF₃: Ln@PVP КТ-значение в области опухоли после инъекции было значительно выше, чем до инъекции (КТ-значение до и после инъекции составляло 48,9 HU и 194,58 HU соответственно). Морфология желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) может быть четко наблюдена во времени после перорального введения наночастиц BiF₃: Ln@PVP. Наконец, наночастицы BiF₃: Ln@PVP полностью выводились из ЖКТ мышей в течение 48 ч после перорального введения без очевидного повреждения ЖКТ. Подводя итог, наши легко синтезируемые наночастицы BiF₃: Ln@PVP могут использоваться как потенциальный клинический контрастный агент и могут иметь широкие перспективы применения в КТ-изображении.

Введение

Рентгеновская компьютерная томография (КТ) может визуализировать внутренние ткани и органы в поперечном сечении с высоким разрешением и низкой ценой [1, 2]. Таким образом, это важный метод диагностики заболеваний дыхательной, пищеварительной и мочевыделительной систем [3–8]. Однако КТ иногда имеет низкий контраст между больными и нормальными тканями. Поэтому контрастные вещества, такие как Иогексол, широко используются в клинической практике для специфического усиления рентгеновского ослабления больных тканей. Однако клинические контрастные агенты часто используются в больших дозах из-за низкой чувствительности КТ-детекторов [9]. Кроме того, коммерческие йодсодержащие контрастные агенты имеют экстремально быстрый метаболизм в организме и серьезные побочные эффекты, включая сердечные события и нефротоксичность; эти проблемы ограничивают их клиническое применение и должны быть срочно решены [10–15].

Наноматериалы демонстрируют широкие перспективы применения в экологической ремедиации, фотоэлектрических приложениях, катализаторах и др. [16–21]. Например, Балати и соавт. [22] синтезировали гетероструктурный фотокатализатор (HBTiO₂/RBIHM-MoS₂) с использованием лазерной аблизации в жидкости (PLAL) с последующим микроволновым облучением. Наноматериалы также широко используются в медицине, включая визуализацию и лечение.

Золото (Au), тантал (Ta), платина (Pt) и другие элементы с высоким рентгеновским ослаблением привлекли внимание исследователей, и наноматериалы, синтезированные из этих элементов, хорошо изучены как потенциальные контрастные агенты для КТ [1, 12–15, 23, 24]. Однако их высокая цена и неопределенная биобезопасность ограничивают дальнейшее использование. Висмут (Bi) хорошо известен как биобезопасный элемент с низкой стоимостью. Он используется в клинической практике и играет критическую роль в комбинированной терапии Helicobacter pylori и других заболеваний, включая хронические заболевания печени, желудочные и двенадцатиперстные язвы. Он обладает отличной биологической безопасностью и переносимостью при лечении [7, 25]. Также Bi использовался в приготовлении наноконтрастных агентов, таких как HA-BiO NPs, Bi₂S₃, BION и Bi₂Te₃, благодаря своему высокому атомному номеру (Z = 83) и отличной способности к рентгеновскому ослаблению (5,74 см²/кг при 100 кэВ) [26–29].

Например, Мохсен Махви и соавт. синтезировали нанопластинки Bi₂Te₃ микроволновым полиоловым процессом, которые показали лучший коэффициент рентгеновского ослабления, чем коммерческий Иогексол [29]. Таким образом, Bi — перспективный элемент для создания высокопроизводительных КТ-контрастных агентов. Однако приготовление Bi-базированных наноконтрастных агентов сложно [30, 31].

Здесь мы соединили Bi с лантонидами (Gd, Yb, Er) через простой и недорогой протокол для изготовления наночастиц BiF₃: Ln@PVP. Затем мы изучили их потенциал для генерации контраста в КТ-изображении. После покрытия PVP наночастицы BiF₃: Ln@PVP показали хорошую стабильность и низкую биологическую токсичность. Эти образцы демонстрируют лучшее рентгеновское ослабление, чем коммерческий Иогексол in vitro, имеют хороший in vivo контраст и обеспечивают отличную КТ-визуализацию ЖКТ. Важно, что через 48 ч после перорального введения BiF₃: Ln@PVP наночастицы полностью выводились из организма без очевидного повреждения жизненно важных органов, таких как печень и почки. Мы считаем, что наша работа может предоставить новую теоретическую основу для клинического использования наноконтрастных КТ-агентов.

Методы

Все экспериментальные протоколы, включая эксперименты на животных, были одобрены этический комитетом Сиамского университета в провинции Фуцзянь, Китай.

Материалы и реактивы

Нитрат висмута пятиводный (Bi(NO₃)₃·5H₂O, ≥ 99,99%), фторид аммония (NH₄F, ≥ 99,99%), нитрат иттербия шестиводный (Yb(NO₃)₃·6H₂O, ≥ 99,9%), нитрат эрбия шестиводный (Er(NO₃)₃·6H₂O, ≥ 99,9%), нитрат гадолиния шестиводный (Gd(NO₃)₃·6H₂O, ≥ 99,9%), поливинилпирролидон (PVP, ≥ 99,0%) и Иогексол (≥ 99,0%) были приобретены у Aladdin Reagents (Шанхай, Китай). Набор для живой/мертвой окраски клеток и набор для подсчета клеток-8 (CCK-8) были куплены у Yeasen (Шанхай, Китай). Среда RPMI 1640, пенициллин, стрептомицин и фетальная бычья сыворотка (FBS) были приобретены у Gibco (Нью-Йорк, США).

Фабрикация наночастиц BiF₃: Ln@PVP

Наночастицы BiF₃: Ln@PVP синтезировались гидротермальным методом. В деталях, 1 ммоль Ln(NO₃)₃ (Ln = Yb, Er, Gd) и 1 ммоль Bi(NO₃)₃ растворяли в 35-ммльном растворе, включающем 5 мл деионизированной воды (DI) и 30 мл этиленгликоля, образуя прозрачный раствор А. Затем смешивали с 0,5 г PVP (M_W = 10 000) и перемешивали при комнатной температуре 10 мин. NH₄F (20 ммоль) растворяли в 10 мл DI для образования раствора В. Раствор В затем вливали в раствор А, и после перемешивания 20 мин образовывался белый смешанный раствор С. Раствор С помещали в 50-ммльный автоклав и нагревали до 180 °C в течение 24 ч. Температура естественно падала до комнатной через 24 ч. Наконец, образцы центрифугировали (8000 об/мин, 3 мин) и промывали DI и спиртом для удаления нереагировавших веществ. Финальные образцы собирали лиофилизацией.

Характеризация наночастиц BiF₃: Ln@PVP

Морфология наночастиц BiF₃: Ln@PVP определялась передаточной электронной микроскопией (TEM, TECNAI G20 F30 TWIN, Oxford) с рабочим напряжением 300 кВ. Состав наночастиц анализировался энергодисперсионным спектром (EDS) в TEM включая картографический анализ. Фурье-спектроскопия в инфракрасном диапазоне (FTIR, Thermo Scientific Nicolet iN10 MX spectrometer, США) использовалась для определения функциональных групп образцов. Кристаллические структуры и фазовые особенности наночастиц BiF₃: Ln@PVP изучались порошковой рентгеновской дифракцией (XRD, D8 Advance) с Cu Kα излучением при 40 кВ и 40 мА. Распределение размеров наночастиц, диспергированных в DI и PBS (pH 7,4), исследовалось динамическим световым рассеянием (DLS, Brookhaven Instruments-Omni, США).

Клеточная линия и культура клеток: клетки HepG2 были из Клеточного банка Китайской академии наук (Шанхай, Китай). Клетки культивировали в среде RPMI 1640 с 10% FBS и 1% пенициллин-стрептомицин при 37 °C и 5% CO₂. Культуральная среда менялась каждый второй день.

Цитосовместимость наночастиц BiF₃: Ln@PVP In Vitro

Цитосовместимость наночастиц BiF₃: Ln@PVP in vitro оценивалась тестом живой/мертвой клетки и тестом CCK-8. В деталях, клетки HepG2 собирали и посевали в конфокальные чашки по 5,0 × 10⁵. Клетки затем культивировали на ночь. Суспензии наночастиц BiF₃: Ln@PVP затем добавляли к клеткам при разных концентрациях (100, 200 и 400 мкг/мл) в качестве экспериментальных групп. В то же время среду без наночастиц добавляли как контрольную группу. Затем и экспериментальные, и контрольные группы культивировали 24 ч. Через 24 ч аккуратно удаляли исходную среду и проводили тест живой/мертвой клетки согласно протоколу производителя. Вкратце, живые клетки маркировали через Кальцеин-AM, мертвые клетки окрашивали пропидиевым йодидом (PI); клетки затем наблюдали под конфокальным микроскопом (Nikon, Япония).

Тест CCK-8 проводился для дальнейшего определения цитотоксичности наночастиц BiF₃: Ln@PVP in vitro. В деталях, клетки HepG2 собирали и посевали в 96-однобортовую пластинку по 3000 клеток в ячейку и культивировали в инкубаторе на ночь. Разные концентрации наночастиц BiF₃: Ln@PVP (0, 25, 50, 100, 200 и 400 мкг/мл) смешивали с клетками и культивировали 24 ч. Реагент CCK-8 (10 мкл) добавляли в каждую ячейку и инкубировали 2 ч при 37 °C. Позже оптическая плотность (OD) каждой ячейки измерялась при 450 нм на микропластинчном считывателе SPECTRA max (модель 680, Bio-Rad, Токио, Япония), и живучесть клеток при каждой концентрации рассчитывалась по формуле производителя. Эти эксперименты повторяли трижды.

Животные

Самки голых мышей BALB/c (4–6 недель) получены из Центра лабораторных животных Сиамского университета (Сиамень, Китай). Мыши содержали в стерильной среде и поддерживали 12-часовой световой/темновой цикл. Животных подкожно инъциировали клетками HepG2 (1,0 × 10⁷/мл) для индукции опухоли. Все эксперименты на животных в данной работе проводились согласно протоколу, одобренному Комитетом по уходу и использованию животных Сиамского университета.

Биосовместимость наночастиц BiF₃: Ln@PVP In Vivo

Гистологический анализ использовался для наблюдения биосовместимости наночастиц BiF₃: Ln@PVP in vivo. Мыши экспериментальной группы инъциировали суспензией наночастиц BiF₃: Ln@PVP при 200 мг/кг через хвостовую вену; контрольные мыши внутривенно инъциировали тем же объемом PBS. Через 24 ч основные органы, включая сердца, печени, селезенки, легкие, почки и мозги, немедленно удаляли после эвтаназии мышей. Все органы фиксировали 4% параформальдегидным раствором 12 ч, затем встраивали в парафин и нарезали. Наконец, проводили гемоксилин-эозиновую (H&E) окраску. Морфологию органов оценивали и фиксировали вертикальным флуоресцентным микроскопом (Leica DM2700 P, Германия).

КТ-производительность наночастиц BiF₃: Ln@PVP In Vitro и In Vivo

Для изучения применения наночастиц BiF₃: Ln@PVP в in vitro КТ-изображении суспензии наночастиц BiF₃: Ln@PVP и Иогексола готовили и разбавляли до 0, 0,625, 1,25, 2,5, 5,0, 10,0 и 20,0 мг/мл и помещали в 0,3-ммльные эппендорфовские трубки. КТ-изображения и соответствующие КТ-значения суспензий наночастиц BiF₃: Ln@PVP и Иогексола получали и записывали рентгеновским КТ-прибором (Siemens) с рабочим напряжением 50 кВ и 80 кВ соответственно. Далее изучали способность КТ-изображения наночастиц BiF₃: Ln@PVP in vivo; суспензия наночастиц BiF₃: Ln@PVP внутриопухолево инъциировалась в мышей-носителях опухоли при 200 мг/кг (100 мкл). Затем мыши анестезировали и рентгеновским КТ-аппаратом (Siemens, 80 кВ, 88 мкА) получали КТ-изображения до и после введения наночастиц BiF₃: Ln@PVP.

КТ-производительность наночастиц BiF₃: Ln@PVP в ЖКТ и гистологический анализ

Для дальнейшего изучения ценности наночастиц BiF₃: Ln@PVP в КТ-изображении мышей держали на голодовке на ночь и перорально вводили суспензию наночастиц BiF₃: Ln@PVP (300 мкл, 20 мг/мл) через желудочную зонду. Мышей затем внутрибрюшинно анестезировали хлоралгидратом. Затем КТ-изображения ЖКТ в разных интервалах (0, 15 мин, 30 мин, 120 мин, 6 ч, 12 ч, 24 ч и 48 ч) получали при 80 кВ. Наконец, 3D-модели мышей реконструировали через КТ-аппарат. Мышей затем эвтаназировали и желудки, тонкие и толстые кишки удаляли и фиксировали 4% параформальдегидом 12 ч. Затем встраивали в парафин и нарезали перед H&E окраской для оценки желудочно-кишечной токсичности наночастиц BiF₃: Ln@PVP.

Статистический анализ

Данные анализировали односторонним ANOVA; P-значение < 0,05 считалось статистически значимым во всех анализах (95% уровень доверия).

Результаты и обсуждение

Фабрикация и физико-химические свойства наночастиц BiF₃: Ln@PVP

Сначала наночастицы BiF₃: Ln@PVP готовились через гидротермальную реакцию (Схема 1). Рис. 1A показывает морфологию наночастиц BiF₃: Ln@PVP по TEM. Наночастицы BiF₃: Ln@PVP имеют равномерную сферическую структуру. Средний размер наночастиц BiF₃: Ln@PVP составляет около 380 нм и равномерно диспергирован. Вставка показывает, что наночастицы имеют относительно узкое распределение размеров (правый нижний угол). Состав наночастиц BiF₃: Ln@PVP анализировался EDS после оценки морфологии. Рис. 1B–F показывает темнопольное изображение наночастиц BiF₃: Ln@PVP перед элементным анализом. Результаты показывают, что наши наночастицыmainly состоят из Gd, Yb, Er и Bi элементов, указывая на успешный синтез наночастиц BiF₃: Ln@PVP.

PVP — эффективный стабилизатор для улучшения биосовместимости и стабильности наноматериалов [32]. Поэтому мы модифицировали наши наночастицы PVP, как сообщалось ранее [33]. FTIR-спектры использовались для определения успешного покрытия PVP на поверхности наночастиц (Рис. 2). Наблюдались сильные пики поглощения группы C=O и пики группы C–N на 1658 и 1293 см⁻¹ соответственно. Они были от PVP, указывая на завершенность покрытия PVP на поверхности наночастиц [34]. XRD-картина наночастиц BiF₃: Ln@PVP показана на Рис. 3. Рис. 3A показывает, что все пики хорошо соответствуют стандартной карте данных BiF₃: Ln (PDF 74-0144), что дополнительно демонстрирует успешную подготовку наночастиц BiF₃: Ln@PVP. Атомные параметры структуры BiF₃ могут использоваться как начальные параметры в стандартной cif карте через программу Diamond. Стандартная структура дала PDF 74-0144, a = b = c = 5,865 Å, V = 201,75(3) ų, и плотность (c) = 8,755. Кристаллическая структура BiF₃, видимая из C-оси, имеет слои, наложенные в направлении перпендикулярном A-оси (Рис. 4B), и вид единственной структуры из A-оси показывает Bi в центре атома (Рис. 4C). Эти результаты указывают на то, что наночастицы BiF₃: Ln@PVP имеют хорошую кристаллическую структуру, и поверхностное покрытие лишь незначительно влияет на кристаллическую структуру наночастиц BiF₃: Ln@PVP.

Стабильность и цитосовместимость наночастиц BiF₃: Ln@PVP

Поскольку дисперсионный размер наночастиц может влиять на взаимодействие с биологическими системами, необходимо изучать дисперсионный размер наночастиц в разных растворах [33]. Рис. 4A, B показывают, что наночастицы BiF₃: Ln@PVP имеют относительно узкое распределение в DI и PBS (pH = 7,4), указывая на хорошую стабильность наночастиц BiF₃: Ln@PVP в разных растворах. Таким образом, они подходят для биологических приложений.

Цитотоксичность наночастиц BiF₃: Ln@PVP изучалась после доказательства их хорошей стабильности в разных растворах. Тест живой/мертвой клетки оценивал цитотоксичность наночастиц BiF₃: Ln@PVP. Никакой очевидной красной флуоресценции не наблюдалось, когда концентрация суспензии наночастиц BiF₃: Ln@PVP достигала 400 мкг/мл и культивировалась с клетками HepG2 24 ч (по сравнению с контрольной группой; Рис. 4C). Это указывает на отсутствие значимой гибели клеток в экспериментальной группе. Затем проводили тест CCK-8 для дальнейшего изучения цитотоксичности наночастиц BiF₃: Ln@PVP. Рис. 4D показывает живучесть клеток HepG2, инкубированных с различными концентрациями суспензий наночастиц BiF₃: Ln@PVP 24 ч, экспериментальные группы клеток HepG2 все имели относительно высокую живучесть. Более того, живучесть клеток достигала 85,96% при концентрации суспензии наночастиц BiF₃: Ln@PVP 400 мкг/мл. Эти результаты продемонстрировали, что наночастицы BiF₃: Ln@PVP обладают благоприятной биосовместимостью in vitro, что может быть связано с покрытием PVP на поверхности наночастиц BiF₃: Ln@PVP.

Биосовместимость наночастиц BiF₃: Ln@PVP In Vivo

Помимо низкой цитотоксичности, хорошая in vivo биосовместимость — еще одно необходимое условие для клинического использования контрастных агентов [35]. Таким образом, суспензия наночастиц BiF₃: Ln@PVP готовилась и инъциировалась в мышей при 200 мг/кг (100 мкл) через хвостовую вену. Тот же объем PBS вводили как контрольную группу. Через 24 ч мышей эвтаназировали, а основные органы удаляли при вскрытии. H&E окраска проводилась для оценки системной токсичности. Рис. 5 показывает отсутствие очевидных патологических аномалий после введения наночастиц BiF₃: Ln@PVP в течение 24 ч. Эти результаты указывают на то, что наночастицы BiF₃: Ln@PVP имеют хорошую биосовместимость, что согласуется с низкой цитотоксичностью, показанной выше.

Способность наночастиц BiF₃: Ln@PVP к In Vitro КТ-изображению

Элементы с высокими атомными номерами обычно имеют высокие контрастные эффекты из-за своего сильного рентгеновского ослабления. Например, контрастные агенты, приготовленные из благородных металлов с высоким атомным номером (Au [36], Ag [37] и др.), имеют отличные эффекты КТ-изображения, как сообщалось ранее. Поэтому перспективный тип контрастного агента может быть рассмотрен. Однако их высокая стоимость ограничивает дальнейшее клиническое применение. Висмут обладает хорошей биологической безопасностью и низкой стоимостью, с отличной способностью к рентгеновскому ослаблению [38–41]. Здесь, для оценки контрастного эффекта наночастиц BiF₃: Ln@PVP, мы сравнили способность к рентгеновскому ослаблению наночастиц BiF₃: Ln@PVP с коммерческим раствором Иогексола in vitro. Рис. 6A, B показывают соответствующие КТ-изображения BiF₃: Ln@PVP и Иогексола под разными рабочими напряжениями (50 кВ и 80 кВ соответственно). Рис. 6A, B указывает, что серый уровень изображения постепенно меняется от черного оттенка к белому по мере увеличения концентрации суспензий. Однако при одинаковой концентрации BiF₃: Ln@PVP имеет более светлый оттенок, чем Иогексол, потому что коэффициент рентгеновского ослабления Bi выше I (Bi — 5,74 см²/кг, I — 1,94 см²/кг при 100 кэВ) [42].

Рис. 6C показывает, что КТ-значение (Хаунсфилдовы единицы, HU) линейно растет с увеличением концентрации наночастиц BiF₃: Ln@PVP и Иогексола (оба R² > 0,99) независимо от рабочего напряжения. КТ-значение единичной массовой концентрации наночастиц BiF₃: Ln@PVP намного выше, чем у Иогексола (в 1,5 и 1,7 раза выше при 50 кВ и 80 кВ соответственно). Эти результаты указывают на то, что наночастицы BiF₃: Ln@PVP могут обеспечивать лучший контрастный эффект при тех же дозах по сравнению с коммерческим Иогексолом; эти данные подтверждают, что наночастицы BiF₃: Ln@PVP имеют хорошую in vitro КТ-способность, что имеет большое значение, так как может уменьшить количество контрастного агента, сохраняя хорошие эффекты изображения. Это может значительно снизить токсичность и побочные эффекты.

Контрастный эффект наночастиц BiF₃: Ln@PVP In Vivo КТ-изображения

Суспензия наночастиц BiF₃: Ln@PVP затем инъциировалась внутриопухолево в мышей-носителях опухоли (200 мг/кг, 100 мкл) для оценки контрастного эффекта наночастиц BiF₃: Ln@PVP in vivo КТ-изображения. Сильный изменение интенсивности сигнала детектируется по сравнению с базовой линией в той же опухолевой области через 1 ч после введения суспензии наночастиц BiF₃: Ln@PVP (Рис. 7A). Одновременно Рис. 7B показывает, что КТ-значение после инъекции (184,58 HU) намного выше, чем до инъекции (48,9 HU). Это связано с увеличением коэффициента рентгеновского ослабления опухолевой ткани после распределения наночастиц BiF₃: Ln@PVP в опухолевой ткани. Результаты указывают на то, что наночастицы BiF₃: Ln@PVP имеют отличную in vivo КТ-способность.

КТ-производительность наночастиц BiF₃: Ln@PVP в ЖКТ и их ЖК-токсичность

Вдохновленные перспективными результатами выше, мы были мотивированы дальнейшей оценкой потенциального применения наночастиц BiF₃: Ln@PVP в КТ-изображении. Как распространенный неинвазивный метод визуализации, КТ играет жизненно важную роль в диагностике заболеваний ЖКТ и составлении планов лечения благодаря удобной обработке изображений, отсутствию повреждения тканей и безболезненности для пациентов [43, 44]. Обычно используемый сульфат бария контрастный агент обычно применяется вместе с газообразующим порошком. Из-за разных плотностей, создаваемых двумя веществами, ЖКТ не всегда может быть четко отображен, что приводит к пропущенным диагнозам, ограничивающим его клиническое использование [45]. Таким образом, имеет большое значение изучение высокоэффективных ЖК-контрастных агентов, не требующих дополнительной помощи. В данной работе мы исследовали эффект наночастиц BiF₃: Ln@PVP на ЖКТ голых мышей.

Рис. 8A показывает, что форма желудка и тонкой кишки стала видимой через 15 мин после перорального введения суспензии наночастиц BiF₃: Ln@PVP (20 мг/мл, 300 мкл). В 30 мин наночастицы BiF₃: Ln@PVP метаболизировались с перистальтикой желудка. Морфология желудка ослабла. В 120 мин большинство наночастиц BiF₃: Ln@PVP метаболизировались из желудка, и был виден только оставшийся контур желудка. Наночастицы BiF₃: Ln@PVP начали появляться в контуре толстой кишки в 6 ч, указывая на то, что наночастицы начали обогащаться в толстой кишке; морфология толстой кишки была четко видна в 12 ч. Большинство наночастиц BiF₃: Ln@PVP были выведены и оставалась лишь небольшая часть в 24 ч. Мы не могли наблюдать морфологию ЖКТ в 48 ч интервале, указывая на то, что все наночастицы BiF₃: Ln@PVP были выведены из ЖКТ. После полного выведения наночастиц из ЖКТ мышей эвтаназировали, а желудок, тонкая и толстая кишки удаляли для H&E анализа оценки ЖК-токсичности наночастиц BiF₃: Ln@PVP. Рис. 8B показывает отсутствие очевидных гистологических изменений в желудке, тонкой или толстой кишке после 48 ч перорального введения наночастиц BiF₃: Ln@PVP, демонстрируя, что наночастицы BiF₃: Ln@PVP не имеют значимой токсичности для ЖКТ. Эти результаты указывают на то, что наночастицы BiF₃: Ln@PVP могут использоваться как потенциальный КТ-контрастный агент для ЖКТ для усиления КТ-производительности ЖКТ, не имея очевидной токсичности для ЖКТ.

Эти результаты указывают на то, что наночастицы BiF₃: Ln@PVP имеют потенциал как клинические КТ-контрастные агенты для опухолевой и желудочно-кишечной визуализации. Однако из-за ограничения размера частиц наночастицы BiF₃: Ln@PVP не могут достичь хорошего эффекта усиленной проницаемости и удержания (EPR) [46]. Долгосрочная биологическая безопасность наночастиц BiF₃: Ln@PVP и метаболический процесс in vivo требуют дальнейшего изучения.

Заключение

Здесь мы синтезировали новый КТ-контрастный агент гидротермальным процессом. TEM-данные показывают, что наночастицы BiF₃: Ln@PVP имеют равномерную сферическую структуру со средним размером около 380 нм. FTIR-спектры показывают, что PVP успешно обернут на поверхности наночастиц для улучшения биологической безопасности наночастиц. Затем мы сравнили in vitro КТ-эффект с Иогексолом под разными рабочими напряжениями. Результаты указывают на то, что наночастицы BiF₃: Ln@PVP имеют лучшую способность к рентгеновскому ослаблению, чем Иогексол. Исследования биосовместимости показывают, что наночастицы BiF₃: Ln@PVP не имеют очевидной токсичности для основных органов in vivo. Наконец, хорошая способность к рентгеновскому ослаблению позволяет наночастицам BiF₃: Ln@PVP иметь хорошие контрастные эффекты in vivo для успешной детальной визуализации ЖКТ без повреждения ЖКТ. Поэтому наша работа предлагает высокоэффективный КТ-контрастный агент с хорошей водорастворимой стабильностью, хорошей биобезопасностью и высокой эффективностью. Эти особенности делают его потенциальным кандидатом для клинических контрастных агентов.

Доступность данных и материалов

Наборы данных, использованные и/или проанализированные в ходе текущего исследования, доступны у соответствующего автора по обоснованному запросу.

Аббревиатуры

CT:

Компьютерная томография

PVP:

Поливинилпирролидон

GI:

Желудочно-кишечный

PLAL:

Лазерная аблизация в жидкости импульсная

Bi:

Висмут

Gd:

Гадолиний

Yb:

Иттербий

Er:

Эрбий

Au:

Золото

Ta:

Тантал

Pt:

Платина

I:

Йод

NP:

Наночастица

CCK-8:

Набор для подсчета клеток-8

RPMI:

Институт мемориальный Росвелл Парк

FBS:

Фетальная бычья сыворотка

Ln:

Лантониды

DI:

Деионизированная вода

TEM:

Передаточная электронная микроскопия

EDS:

Энергодисперсионный спектр

FTIR:

Фурье-спектроскопия в ИК

XRD:

Порошковая рентгеновская дифракция

DLS:

Динамическое световое рассеяние

PI:

Пропидиевый йодид

H&E:

Гемоксилин-эозин

HU:

Хаунсфилдовы единицы

EPR:

Эффект усиленной проницаемости и удержания