Fabricação fácil de BiF3:Ln (Ln =Gd, Yb, Er) @PVP Nanopartículas para imagens de tomografia computadorizada de alta eficiência

Resumo

A tomografia computadorizada (TC) por raios X tem sido amplamente usada na prática clínica, e agentes de contraste como o Iohexol são frequentemente usados para aumentar o contraste da imagem por TC entre o tecido normal e o doente. No entanto, esses agentes de contraste podem ter alguma toxicidade. Portanto, novos agentes de contraste para TC são necessários com urgência. Devido ao alto número atômico ( Z =83), baixo custo, boa segurança biológica e ótima propriedade de atenuação de raios-X (5,74 cm ² kg ⁻¹ a 100 keV), o bismuto ganhou grande interesse de pesquisadores na área de agentes de contraste de TC de tamanho nanométrico. Aqui, sintetizamos BiF ₃ :Nanopartículas de Ln @ PVP (NPs) com um tamanho médio de partícula de cerca de 380 nm. Após revesti-los com polivinilpirrolidona (PVP), o BiF ₃ :Ln @ PVP NPs possuíam boa estabilidade e grande biocompatibilidade. Enquanto isso, em comparação com o agente de contraste clínico Iohexol, BiF ₃ :Ln @ PVP NPs mostraram contraste de imagem de TC in vitro superior. Posteriormente, após a injeção in situ com BiF ₃ :Ln @ PVP NPs, o valor CT do local do tumor após a injeção foi significativamente maior do que antes da injeção (o valor CT da pré-injeção e pós-injeção foi 48,9 HU e 194,58 HU, respectivamente). A morfologia do trato gastrointestinal (GI) pode ser claramente observada ao longo do tempo após a administração oral de BiF ₃ :NPs Ln @ PVP. Finalmente, o BiF ₃ :Ln @ PVP NPs foram completamente descarregados do trato GI de camundongos dentro de 48 h de administração oral sem danos óbvios ao trato GI. Em resumo, nosso BiF ₃ facilmente sintetizado :Ln @ PVP NPs podem ser usados como um potencial agente de contraste clínico e podem ter amplas perspectivas de aplicação em imagens de TC.

Introdução

A tomografia computadorizada (TC) por raios X pode gerar imagens de tecidos e órgãos internos de forma transversal com alta resolução e baixo custo [1, 2]. Assim, é um meio importante para diagnosticar doenças respiratórias, doenças digestivas e doenças do aparelho urinário [3,4,5,6,7,8]. No entanto, às vezes a TC apresenta baixo contraste entre os tecidos doentes e os tecidos normais. Assim, os agentes de contraste como o Iohexol são amplamente utilizados na prática clínica para aumentar especificamente a atenuação de raios-X de tecidos doentes. No entanto, os agentes de contraste clínicos são frequentemente usados em grandes doses devido à baixa sensibilidade dos detectores de TC [9]. Além disso, os agentes de contraste à base de iodo comerciais têm um metabolismo extremamente rápido no corpo e efeitos colaterais graves, incluindo eventos cardíacos e nefrotoxicidade; essas questões limitam seu uso clínico e devem ser resolvidas com urgência [10,11,12,13,14,15].

Os nanomateriais têm mostrado amplas perspectivas de aplicação em remediação ambiental, aplicações fotovoltaicas, catalisadores, etc. [16,17,18,19,20,21]. Por exemplo, Balati et al. [22] sintetizaram um fotocatalisador heteroestruturado (HBTiO ₂ / RBIHM-MoS ₂ ) usando ablação por laser pulsado em líquido (PLAL) seguida por irradiação de micro-ondas. Os nanomateriais também têm sido amplamente utilizados na medicina, incluindo imagens e tratamento.

Ouro (Au), tântalo (Ta), platina (Pt) e outros elementos com alta atenuação de raios-X ganharam o interesse dos pesquisadores, e nanomateriais sintetizados a partir desses elementos foram bem pesquisados como potenciais agentes de contraste para imagens de TC [ 1, 12,13,14,15, 23, 24]. No entanto, seu preço alto e biossegurança incerta limitam seu uso futuro. O bismuto (Bi) é conhecido como um elemento biosseguro de baixo custo. Tem sido usado na prática clínica e desempenha um papel crítico na terapia de combinação para Helicobacter pylori e outras doenças, incluindo doença hepática crônica, bem como úlceras gástricas e duodenais. Apresenta grande segurança biológica e tolerância durante o tratamento [7, 25]. Além disso, Bi tem sido usado na preparação de agentes de contraste em nanoescala, como HA-BiO NPs, Bi ₂ S ₃ , BION e Bi ₂ Te ₃ por causa de seu alto número atômico ( Z =83) e excelente capacidade de atenuação de raios-X (5,74 cm ² kg ⁻¹ a 100 keV) [26,27,28,29].

Por exemplo, Mohsen Mahvi et al. Bi sintetizado ₂ Te ₃ nanoflakes via um processo de poliol assistido por micro-ondas que mostrou um melhor coeficiente de atenuação de raios-X do que o Iohexol comercial [29]. Assim, Bi é um elemento promissor para a construção de agentes de contraste para TC de alto desempenho. No entanto, a preparação de agentes de nanocontraste à base de Bi é complicada [30, 31].

Aqui, combinamos Bi com lantanídeos (Gd, Yb, Er) por meio de um protocolo fácil e de baixo custo para fabricar BiF ₃ :Nanopartículas de Ln @ PVP (NPs). Em seguida, investigamos seu potencial para gerar contraste para imagens de TC. Depois de revestir as amostras com PVP, BiF ₃ :Ln @ PVP NPs mostraram boa estabilidade e baixa toxicidade biológica. Essas amostras exibem melhor atenuação de raios-X do que o Iohexol comercial in vitro, têm bom contraste in vivo e oferecem excelente imagem de TC do trato gastrointestinal (GI). É importante ressaltar que após 48 horas de administração oral de BiF ₃ :Ln @ PVP, as nanopartículas foram completamente excretadas do corpo, não apresentando danos óbvios aos órgãos vitais, como o fígado e os rins. Acreditamos que nosso trabalho pode fornecer uma nova base teórica para o uso clínico de agentes de contraste para tomografia computadorizada em nanoescala.

Métodos

Todos os protocolos experimentais, incluindo experimentos com animais, foram aprovados pelo comitê de ética da Universidade de Xiamen na província de Fujian, China.

Materiais e Reagentes

Nitrato de bismuto pentahidratado (Bi (NO ₃ ) ₃ · 5H ₂ O, ≥ 99,99%), fluoreto de amônio (NH ₄ F, ≥ 99,99%), nitrato de itérbio hexa-hidratado (Yb (NO ₃ ) ₃ · 6H ₂ O, ≥ 99,9%), nitrato de érbio hexa-hidratado (Er (NO ₃ ) ₃ · 6H ₂ O, ≥ 99,9%), nitrato de gadolínio hexa-hidratado (Gd (NO ₃ ) ₃ · 6H ₂ O, ≥ 99,9%), polivinilpirrolidona (PVP, ≥ 99,0%) e Iohexol (≥ 99,0%) foram comprados da Aladdin Reagents (Shanghai, China). O kit de coloração de células vivas-mortas e o kit de contagem de células-8 (CCK-8) foram comprados em Yeasen (Shanghai, China). O meio RPMI 1640, penicilina, estreptomicina e soro fetal bovino (FBS) foram adquiridos da Gibco (New York, USA).

Fabricação de BiF ₃ :Ln @ PVP NPs

O BiF ₃ :Ln @ PVP NPs foram sintetizados através de uma abordagem hidrotérmica. Em detalhe, 1 mmol Ln (NO ₃ ) ₃ , (Ln =Yb, Er e Gd), e 1 mmol Bi (NO ₃ ) ₃ foram dissolvidos em uma solução de 35 mL incluindo 5 mL de água desionizada (DI) e 30 mL de etilenoglicol para formar uma solução transparente A. Esta foi então misturada com 0,5 g de PVP (M _W =10.000) e agitado à temperatura ambiente durante 10 min. NH ₄ F (20 mmol) foi dissolvido em 10 mL de DI para formar a solução B. A solução B foi então vertida na solução A, e uma solução de mistura branca C foi formada após agitação durante 20 min. A solução C foi então colocada em uma autoclave de 50 mL e aquecida a 180 ° C por 24 h. A temperatura caiu naturalmente para a temperatura ambiente após 24 h. Finalmente, as amostras foram centrifugadas (8.000 rpm, 3 min) e enxaguadas com DI e álcool para remover as substâncias que não reagiram. As últimas amostras foram colhidas por liofilização.

Caracterização de BiF ₃ :Ln @ PVP NPs

A morfologia de BiF ₃ :Ln @ PVP NPs foram detectados por microscopia eletrônica de transmissão (TEM, TECNAI G20 F30 TWIN, Oxford) com uma tensão de operação de 300 kV. A composição das nanopartículas foi analisada por espectro de energia dispersiva (EDS) em TEM incluindo análise de mapa. A espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR, espectrômetro Thermo Scientific Nicolet iN10 MX, EUA) foi usada para distinguir os grupos funcionais das amostras. As estruturas cristalinas e característica de fase do BiF ₃ :Ln @ PVP NPs usaram difração de raios-X em pó (XRD, D8 Advance) com radiação Cu Kα sob condições de 40 kV e 40 mA. A distribuição de tamanho das nanopartículas dispersas em DI e PBS (pH 7,4) foi investigada por espalhamento dinâmico de luz (DLS, Brookhaven Instruments-Omni, EUA).

Linhagem celular e cultura celular:as células HepG2 eram do Cell Bank da Academia Chinesa de Ciências (Xangai, China). As células foram cultivadas em meio RPMI 1640 contendo 10% de soro fetal bovino (FBS) e 1% de penicilina-estreptomicina a 37 ° C e 5% de CO ₂ condições. Os meios de cultura foram substituídos a cada dois dias.

Citocompatibilidade de BiF ₃ :NPs Ln @ PVP In Vitro

A citocompatibilidade de BiF ₃ :Ln @ PVP NPs in vitro foi estimado por um ensaio de vida-morta e o ensaio CCK-8. Em detalhes, as células HepG2 foram coletadas e semeadas em placas confocais em 5,0 × 10 ⁵ . As células foram então cultivadas durante a noite. O BiF ₃ :Suspensões de Ln @ PVP NP foram adicionadas em seguida às células em diferentes concentrações (100, 200 e 400 μg / mL) e definidas como os grupos experimentais. Enquanto isso, meio sem nanopartículas foi adicionado e definido como o grupo de controle. Posteriormente, tanto o grupo experimental quanto o grupo controle foram cultivados por 24 horas. Após 24 horas, removemos delicadamente o meio original e o ensaio de mortos-vivos foi então realizado de acordo com o protocolo fornecido pelo fabricante. Resumidamente, as células vivas foram marcadas via Calceína-AM, enquanto as células mortas foram coradas por iodeto de propídio (PI); as células foram então observadas sob um microscópio confocal (Nikon, Japão).

Um ensaio de CCK-8 foi realizado para determinar ainda mais a citotoxicidade de BiF ₃ :NPs Ln @ PVP in vitro. Em detalhes, as células HepG2 foram coletadas e semeadas em uma placa de 96 poços com 3.000 células por poço e cultivadas em uma incubadora durante a noite. Diferentes concentrações de BiF ₃ :Ln @ PVP NP (0, 25, 50, 100, 200 e 400 μg / mL) foram misturados com as células e cultivados por 24 h. O reagente CCK-8 (10 μL) foi adicionado a cada poço e incubado por 2 h em condições de 37 ° C. Posteriormente, os valores de DO de cada poço foram medidos a 450 nm por um leitor de microplacas SPECTRA max (modelo 680, Bio-Rad, Tóquio, Japão), e a viabilidade celular de cada concentração foi calculada de acordo com a fórmula fornecida pelo fabricante. Esses experimentos foram repetidos três vezes.

Animais

Ratinhos nus BALB / c fêmeas (4 a 6 semanas de idade) foram obtidos no Xiamen University Laboratory Animal Center (Xiamen, China). Os camundongos foram criados em um ambiente estéril e mantidos por um ciclo claro / escuro de 12 horas. Os animais foram injetados com células HepG2 (1,0 × 10 ⁷ / mL) por via subcutânea para induzir a formação de tumor. Todos os experimentos com animais neste trabalho foram conduzidos de acordo com o protocolo aprovado pelo Animal Care and Use Committee of Xiamen University.

Biocompatibilidade de BiF ₃ :NPs Ln @ PVP In Vivo

A análise histológica foi usada para observar a biocompatibilidade de BiF ₃ :NPs Ln @ PVP in vivo. Os camundongos do grupo experimental foram injetados com um BiF ₃ :Suspensão de Ln @ PVP NP a 200 mg / kg pela veia da cauda; camundongos de controle foram injetados por via intravenosa com o mesmo volume de PBS. Após 24 h, os principais órgãos, incluindo corações, fígados, baços, pulmões, rins e cérebros, foram removidos imediatamente após os camundongos serem sacrificados. Todos os órgãos foram fixados com fixador de paraformaldeído 4% por 12 he depois incluídos em parafina e fatiados. Finalmente, a coloração com hematoxilina-eosina (H&E) foi realizada. A morfologia dos órgãos foi avaliada e capturada por um microscópio de fluorescência vertical (Leica DM2700 P, Alemanha).

Desempenho de CT de BiF ₃ :NPs Ln @ PVP In Vitro e In Vivo

Para estudar a aplicação do BiF ₃ :Ln @ PVP NPs imagens de TC in vitro, BiF ₃ :Ln @ PVP As suspensões de NP e Iohexol foram preparadas e diluídas a 0, 0,625, 1,25, 2,5, 5,0, 10,0 e 20,0 mg / mL e removidas para tubos Eppendorf de 0,3 mL. As imagens de CT e os valores de CT correspondentes de BiF ₃ :As suspensões de Ln @ PVP NP e Iohexol foram obtidas e registradas por um instrumento de TC de raios-X (Siemens) com uma tensão de operação de 50 kV e 80 kV, respectivamente. Em seguida, a capacidade de imagem de TC do BiF ₃ :Ln @ PVP NPs in vivo foi estudado; O BiF ₃ :A suspensão Ln @ PVP NP foi injetada intratumoralmente nos camundongos nus portadores de tumor a 200 mg / kg (100 μL). Posteriormente, os camundongos foram anestesiados e a máquina de TC de raios-X (Siemens, 80 kV, 88 μA) foi usada para capturar imagens de TC antes e após a administração de BiF ₃ :Ln @ PVP.

Desempenho de CT de BiF ₃ :NPs Ln @ PVP no trato GI e análise histológica

Para explorar ainda mais o valor de BiF ₃ :NPs Ln @ PVP em imagens de CT, os camundongos jejuaram durante a noite e administraram um BiF ₃ por via oral :Suspensão Ln @ PVP NP (300 μL, 20 mg / mL) através de um tubo gástrico. Os camundongos foram então anestesiados intraperitonealmente com hidrato de cloral. Em seguida, imagens GI em diferentes intervalos (0, 15 min, 30 min, 120 min, 6 h, 12 h, 24 h e 48 h) foram capturadas a 80 kV. Finalmente, os modelos 3D dos ratos foram reconstruídos por meio da máquina de CT. Os camundongos foram então sacrificados e os estômagos, intestino delgado e intestino grosso foram removidos e fixados com paraformaldeído 4% por 12 h. Eles foram então incluídos em parafina e seccionados antes da coloração com H&E para avaliar a toxicidade gastrointestinal de BiF ₃ :NPs Ln @ PVP.

Análise estatística

As datas foram analisadas usando ANOVA de um fator; a P valor <0,05 foi considerado estatisticamente significativo em todas as análises (nível de confiança de 95%).

Resultados e discussão

Fabricação e propriedades físico-químicas do BiF ₃ :Ln @ PVP NPs

Primeiro, o BiF ₃ :Ln @ PVP NPs foram preparados através de uma reação hidrotérmica (Esquema 1). A Figura 1A mostra a morfologia do BiF ₃ :NPs Ln @ PVP por TEM. O BiF ₃ :Ln @ PVP NPs têm uma estrutura uniforme e esférica. O tamanho médio do BiF ₃ :Ln @ PVP NPs é cerca de 380 nm e está uniformemente disperso. A figura da inserção mostra que as nanopartículas têm uma distribuição de tamanho de partícula relativamente estreita (canto inferior direito). A composição do BiF ₃ :NPs Ln @ PVP foram analisados por EDS após avaliação da morfologia do BiF ₃ :NPs Ln @ PVP. A Figura 1B-F mostra uma imagem de campo escuro de BiF ₃ :Ln @ PVP NPs obtidos antes da análise elementar. Os resultados mostram que nossas nanopartículas são compostas principalmente de elementos Gd, Yb, Er e Bi, indicando que o BiF ₃ :Ln @ PVP NPs foram sintetizados com sucesso.

O PVP é um estabilizador eficaz para melhorar a biocompatibilidade e estabilidade dos nanomateriais [32]. Portanto, modificamos nossas nanopartículas com PVP, conforme relatado anteriormente [33]. Os espectros de FTIR foram usados para determinar se o PVP foi revestido com sucesso na superfície das nanopartículas (Fig. 2). Houve fortes picos de absorção do grupo C =O e picos do grupo C – N em 1658 e 1293 cm ⁻¹ , respectivamente. Estas eram de PVP indicando que o revestimento de PVP na superfície das nanopartículas estava completo [34]. O padrão XRD do BiF ₃ :Ln @ PVP NPs são mostrados na Fig. 3. A Figura 3A mostra que todos os picos são bem combinados com o cartão padrão BiF _3: Dados Ln (PDF 74-0144) demonstrando ainda que o BiF ₃ :Ln @ PVP NPs foram preparados com sucesso. Os parâmetros atômicos do BiF ₃ A estrutura pode ser usada como os parâmetros iniciais no cartão CIF padrão por meio do software Diamond. A estrutura padrão rendeu PDF 74-0144, a = b = c =5,865 Å, V =201,75 (3) Å, e densidade ( c ) =8,755. O BiF ₃ A estrutura cristalina vista do eixo C tem camadas empilhadas na direção perpendicular ao eixo A (Fig. 4B), e a vista de uma única estrutura do eixo A mostra que Bi está no centro do átomo (Fig. 4C). Esses resultados indicam que BiF ₃ :Ln @ PVP NPs têm uma boa estrutura de cristal e o revestimento de superfície influencia apenas ligeiramente a estrutura de cristal de BiF ₃ :NPs Ln @ PVP.

Estabilidade e citocompatibilidade de BiF ₃ :Ln @ PVP NPs

Uma vez que o tamanho de dispersão das nanopartículas pode afetar a interação com sistemas biológicos, é necessário estudar o tamanho de dispersão das nanopartículas em diferentes soluções [33]. A Figura 4A, B mostra que o BiF _3: Os NPs Ln @ PVP têm uma distribuição relativamente estreita em DI e PBS (pH =7,4), indicando que o BiF _3: Os NPs Ln @ PVP apresentam boa estabilidade em diferentes soluções. Assim, eles são adequados para aplicações biológicas.

A citotoxicidade de BiF ₃ :Ln @ PVP NPs foram estudados após provar que BiF _3: Os NPs Ln @ PVP apresentam boa estabilidade em diferentes soluções. O experimento de mortos-vivos avaliou a citotoxicidade de BiF _3: Ln @ PVP NPs. Nenhuma fluorescência vermelha óbvia foi observada quando a concentração de BiF ₃ :A suspensão de Ln @ PVP NP atingiu 400 µg / mL e foi cultivada com células HepG2 por 24 h (em comparação com o grupo de controle; Fig. 4C). Isso indica que não houve morte celular significativa no grupo experimental. Posteriormente, um ensaio de CCK-8 foi realizado para estudar ainda mais a citotoxicidade de BiF ₃ :NPs Ln @ PVP. A Figura 4D mostra a viabilidade celular de células HepG2 incubadas com várias concentrações de BiF ₃ :Suspensões de Ln @ PVP NP por 24 h, todos os grupos experimentais de células HepG2 tinham viabilidades celulares relativamente altas. Além disso, a viabilidade celular chegou a 85,96% quando a concentração do BiF _3: A suspensão de Ln @ PVP NP atingiu 400 μg / mL. Esses resultados demonstraram que o BiF _3: Ln @ PVP NPs possuíam biocompatibilidade favorável in vitro, o que pode ser atribuído ao revestimento de PVP na superfície do BiF ₃ :NPs Ln @ PVP.

Biocompatibilidade de BiF ₃ :NPs Ln @ PVP In Vivo

Além da baixa citotoxicidade, uma boa biocompatibilidade in vivo é outra condição necessária para o uso clínico de agentes de contraste [35]. Assim, o BiF _3: A suspensão Ln @ PVP NP foi preparada e injetada nos camundongos a 200 mg / kg (100 μL) através da veia da cauda. O mesmo volume de solução PBS foi injetado e definido como o grupo de controle. Após 24 h, os camundongos foram sacrificados e os órgãos principais foram excisados durante a necropsia. A coloração H&E foi realizada para avaliar a toxicidade do sistema. A Figura 5 mostra nenhuma anormalidade patológica óbvia após BiF ₃ :Administração de NPs Ln @ PVP por 24 h. Esses resultados indicam que BiF ₃ :Ln @ PVP NPs têm boa biocompatibilidade, o que é consistente com a baixa citotoxicidade mostrada acima.

A capacidade de BiF ₃ :Imagens de TC In Vitro NPs Ln @ PVP

Elementos com números atômicos altos geralmente têm efeitos de alto contraste por causa de sua grande atenuação de raios-X. Por exemplo, agentes de contraste preparados a partir de metais preciosos com um alto número atômico (Au [36], Ag [37], etc.) têm excelentes efeitos de imagens de TC, conforme relatado anteriormente. Portanto, um tipo promissor de agente de contraste pode ser considerado. No entanto, seu alto custo limita sua posterior aplicação clínica. O bismuto apresenta boa segurança biológica e baixo custo, com ótima capacidade de atenuação de raios-X [38,39,40,41]. Aqui, para avaliar o efeito do agente de contraste de BiF ₃ :NPs Ln @ PVP, comparamos a capacidade de atenuação de raios-X de BiF ₃ :Ln @ PVP NPs com o agente de contraste comercial Iohexol solução in vitro. A Figura 6A, B mostra as imagens CT correspondentes de BiF ₃ :Ln @ PVP e Iohexol sob diferentes tensões de operação (50 kV e 80 kV, respectivamente). A Figura 6A, B indica que o nível de cinza da imagem muda gradualmente de tom preto para tom branco conforme a concentração das suspensões aumenta. No entanto, na mesma concentração, BiF ₃ :Ln @ PVP tem um tom mais brilhante do que Iohexol porque o coeficiente de atenuação de raios-X de Bi é maior I (Bi é 5,74 cm ² kg ⁻¹ e I tem 1,94 cm ² kg ⁻¹ a 100 keV) [42].

A Figura 6C mostra que o valor CT (Unidade Hounsfield, HU) aumenta linearmente com o aumento de BiF ₃ :Ln @ PVP NPs e concentração de Iohexol (ambos R ² > 0,99) independentemente da tensão de operação. O valor CT da concentração de massa unitária de BiF ₃ :Ln @ PVP NPs é muito maior do que Iohexol (1,5 e 1,7 vezes maior do que a 50 kV e 80 kV, respectivamente). Esses resultados indicam que o BiF ₃ :NPs Ln @ PVP podem fornecer melhor efeito de contraste nas mesmas doses em relação ao Iohexol comercial; esses dados confirmam que o BiF ₃ :Ln @ PVP NPs têm boa capacidade de imagens de TC in vitro, o que é de grande importância porque pode reduzir a quantidade de agente de contraste, garantindo bons efeitos de imagem. Isso pode reduzir significativamente a toxicidade e os efeitos colaterais.

Efeito de contraste de BiF ₃ :Imagens de CT In Vivo NPs Ln @ PVP

O BiF ₃ :A suspensão de Ln @ PVP NP foi em seguida injetada intratumoralmente em camundongos com tumor (200 mg / kg, 100 µL) para avaliar o efeito de contraste de BiF ₃ :Ln @ PVP NPs imagens de CT in vivo. Uma forte mudança de intensidade de sinal é detectada em relação à linha de base na mesma área tumoral após 1 h de administração de BiF ₃ :Suspensão Ln @ PVP NP (Fig. 7A). Enquanto isso, a Fig. 7B mostra que o valor CT da pós-injeção (184,58 HU) é muito maior do que a pré-injeção (48,9 HU). Isto é devido ao aumento no coeficiente de atenuação de raios-X do tecido tumoral após BiF ₃ :Ln @ PVP NPs são distribuídos no tecido tumoral. Os resultados indicam que o BiF ₃ :Ln @ PVP NPs têm grande capacidade de imagens de TC in vivo.

Desempenho de imagens de TC do trato gastrointestinal de BiF ₃ :NPs Ln @ PVP e sua toxicidade GI

Encorajados pelos resultados promissores acima, ficamos motivados para avaliar melhor a aplicação potencial do BiF ₃ :NPs Ln @ PVP em imagens de TC. Como um método de imagem não invasivo comum, a TC desempenha um papel vital no diagnóstico de doenças gastrointestinais e na formulação de planos de tratamento devido ao seu processamento de imagem conveniente, nenhum dano ao tecido e indolor dos pacientes [43, 44]. O agente de contraste de sulfato de bário comumente usado é geralmente usado junto com o pó aerogênico. Devido às diferentes densidades produzidas pelas duas substâncias, o trato GI nem sempre pode ser claramente exibido, resultando em diagnósticos perdidos, o que limita seu uso clínico [45]. Portanto, é de grande importância explorar agentes de contraste GI de alta eficiência que não requerem assistência adicional. Neste trabalho, exploramos o efeito do BiF ₃ :NPs Ln @ PVP no trato GI em camundongos nus.

A Figura 8A mostra que a forma do estômago e do intestino delgado tornou-se visível após a administração oral de BiF ₃ :Suspensão de Ln @ PVP NP (20 mg / mL, 300 μL) por 15 min. Aos 30 min, o BiF ₃ :Ln @ PVP NPs foram metabolizados com o peristaltismo do estômago. A morfologia do estômago enfraqueceu. Aos 120 min, a maior parte do BiF ₃ :Ln @ PVP NPs foram metabolizados a partir do estômago, e apenas o contorno do estômago remanescente era visível. O BiF ₃ :Ln @ PVP NPs começaram a aparecer no contorno do intestino grosso às 6 h, indicando que as nanopartículas começaram a se enriquecer no intestino grosso; a morfologia do intestino grosso era claramente visível às 12 horas. A maior parte do BiF ₃ :Ln @ PVP NPs foram excretados e apenas uma pequena parte permanece às 24 h. Não foi possível observar a morfologia GI no intervalo de 48 h, indicando que todos os BiF ₃ :NPs Ln @ PVP foram excretados do trato GI. Depois que as nanopartículas foram completamente excretadas do trato GI, os camundongos foram sacrificados e o estômago, intestino delgado e intestino grosso foram removidos para um ensaio de H&E para avaliar a toxicidade GI do BiF ₃ :NPs Ln @ PVP. A Figura 8B não mostra alterações histológicas óbvias no estômago, intestino delgado ou intestino grosso após 48 h de administração oral de BiF ₃ :NPs Ln @ PVP demonstrando que os NPs BiF3:Ln @ PVP não têm toxicidade significativa para o trato GI. Esses resultados indicam que BiF ₃ :Ln @ PVP NPs podem ser usados como um potencial agente de contraste de TC para o trato GI para melhorar o desempenho de imagens de TC do trato GI, embora não tenham toxicidade óbvia para o trato GI.

Esses resultados indicam que BiF ₃ :Ln @ PVP NPs têm potencial como agentes de contraste de TC clínica para tumor e imagem gastrointestinal. No entanto, devido à limitação do tamanho das partículas, BiF ₃ :Ln @ PVP NPs não podem alcançar um bom efeito de permeabilidade e retenção (EPR) aprimoradas [46]. A segurança biológica de longo prazo do BiF ₃ :NPs Ln @ PVP e o processo metabólico in vivo requerem um estudo mais aprofundado.

Conclusão

Aqui, sintetizamos um novo agente de contraste para TC via processo hidrotérmico. Os dados TEM mostram que BiF ₃ :Ln @ PVP NPs têm uma estrutura esférica uniforme com um tamanho médio de cerca de 380 nm. Os espectros de FTIR mostram que o PVP foi envolvido com sucesso na superfície das nanopartículas para melhorar a segurança biológica das nanopartículas. Em seguida, comparamos o efeito da imagem de TC in vitro com Iohexol em diferentes tensões de operação. Os resultados indicam que o BiF ₃ :Ln @ PVP NPs têm uma melhor capacidade de atenuação de raios-X do que Iohexol. Estudos de biocompatibilidade mostram que o BiF ₃ :Ln @ PVP NPs não têm toxicidade óbvia para os principais órgãos in vivo. Finalmente, a boa capacidade de atenuação de raios-X permite BiF ₃ :Ln @ PVP NPs para ter bons efeitos de imagem de contraste in vivo para visualizar com sucesso o trato GI em detalhes, sem causar danos ao trato GI. Portanto, nosso trabalho oferece um agente de contraste de TC de alta eficiência com boa estabilidade solúvel em água, boa biossegurança e alta eficiência. Essas características o tornam um candidato potencial para agentes de contraste clínicos.