НАНОЧАСТИЦЫ Gd2O3@C И Gd2O3@SiO2 КАК КОНТРАСТНЫЕ АГЕНТЫ ДЛЯ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ ТОМОГРАФИИ

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

В качестве контрастных агентов для магнитно-резонансной томографии исследованы новые препараты на основе 1–2 нм частиц Gd2O3, нанесенных на малослойные графитовые фрагменты, а также частицы со структурой типа ядро–оболочка составов Gd2O3@SiO2, Gd2O3@C и его поверхностно-окисленный аналог. Изучено влияние строения, размера частиц и природы оболочки, в том числе ее функционализации карбоксильными группами, на время релаксации протонов в молекулах воды. В качестве контрастных агентов сравнения исследованы дисперсии Gd(NO3)3·6H2O и 300–500 нм частицы Gd2O3 в желатине. Показано, что релаксивность исследованных контрастов не является линейной величиной, что связано с изменением координационного окружения Gd3+ при увеличении его концентрации в растворах Gd(NO3)3·6H2O, а в случае Gd2O3@SiO2 и Gd2O3@C — с образованием ассоциатов. При окислении поверхности Gd2O3@C происходит увеличение гидрофильности частиц и уменьшение размера ассоциатов, что приводит к уменьшению релаксивности.

Sobre autores

E. Suslova

Lomonosov Moscow State University, Faculty of Chemistry

Email: suslova@kge.msu.ru
119991, GSP-1, Moscow, Leninskie Gory, 1, bld. 3

O. Pavlova

Lomonosov Moscow State University, Faculty of Fundamental Medicine

Email: suslova@kge.msu.ru
119991, Moscow, Lomonosovsky Ave., 27, bld. 1

Z. Zoirova

Lomonosov Moscow State University, Faculty of Chemistry; Lomonosov Moscow State University, Faculty of Materials Science

Email: suslova@kge.msu.ru
119991, GSP-1, Moscow, Leninskie Gory, 1, bld. 3; 119991, GSP-1, Moscow, Leninskie Gory, 1, bld. 73

D. Shashurin

Lomonosov Moscow State University, Faculty of Fundamental Medicine

Email: suslova@kge.msu.ru
119991, Moscow, Lomonosovsky Ave., 27, bld. 1

I. Kaplin

Lomonosov Moscow State University, Faculty of Chemistry

Email: suslova@kge.msu.ru
119991, GSP-1, Moscow, Leninskie Gory, 1, bld. 3

G. Shelkov

International Intergovernmental Organization 'Joint Institute for Nuclear Research'

Autor responsável pela correspondência
Email: suslova@kge.msu.ru
141980, Dubna, Joliot-Curie St., 13

Bibliografia

  1. Lv J., Roy S., Xie M., Yang X., Guo B. Contrast agents of magnetic resonance imaging and future perspective // Nanomaterials. 2023. V. 13. P. 2003(1)–2003(22). https://doi.org/10.3390/nano13132003
  2. Henderson I. M., Benevidez A. D., Mowry C. D., Watt J., Bachand G. D., Kirk M. L., Dokładny K., DeAguero J., Escobar G. P., Wagner B. Precipitation of gadolinium from magnetic resonance imaging contrast agents may be the Brass tacks of toxicity // Magn. Resonance Imaging. 2025. V. 119. P. 110383(1)–110383(9). https://doi.org/10.1016/j.mri.2025.110383
  3. Chen S., An L., Yang S. Low-molecular-weight Fe(III) complexes for MRI contrast agents // Molecules. 2022. V. 27. N 14. P. 4573(1)–4573(17). https://doi.org/10.3390/molecules27144573
  4. Wan F., Wu L., Chen X., Zhang Y., Jiang L. Research progress on manganese complexes as contrast agents for magnetic resonance imaging // Polyhedron. 2023. V. 242. P. 116489(1)–116489(10). https://doi.org/10.1016/j.poly.2023.116489
  5. Si G., Du Y., Tang P., Ma G., Jia Z., Zhou X., Mu D., Shen Y., Lu Y., Mao Y., Chen C., Li Y., Gu N. Unveiling the next generation of MRI contrast agents: Сurrent insights and perspectives on ferumoxytol-enhanced MRI // National Sci. Rev. 2024. V. 11. N 5. nwae057(1)–nwae057(20). https://doi.org/10.1093/nsr/nwae057
  6. Najjar R. Clinical applications, safety profiles, and future developments of contrast agents in modern radiology: A comprehensive review // iRadiology. 2024. V. 2. N 5. P. 430–468. https://doi.org/10.1002/ird3.95
  7. Fatima A., Ahmad M. W., Al Saidi A. K. A., Choudhury A., Chang Y., Lee G. H. Recent advances in gadolinium based contrast agents for bioimaging applications // Nanomaterials. 2021. V. 11. P. 2449(1)–2449(23). https://doi.org/10.3390/nano11092449
  8. Rahmani A. A., Jia Q., Bahti H. H., Fauzia R. P., Wyantuti S. Recent advances in lanthanide-based nanoparticle contrast agents for magnetic resonance imaging: Synthesis, characterization, and applications // OpenNano. 2025. V. 21. P. 100226(1)–100226(34). https://doi.org/10.1016/j.onano.2024.100226
  9. Li Z., Guo J., Zhang M., Li G., Hao L. Gadolinium-coated mesoporous silica nanoparticle for magnetic resonance imaging // Front. Chem. 2022. V. 10. ID 837032(1)–837032(10). https://doi.org/10.3389/fchem.2022.837032
  10. Garifo S., Vangijzegem T., Stanicki D., Laurent S. A review on the design of carbon-based nanomaterials as MRI contrast agents // Molecules. 2024. V. 29. P. 1639(1)–1639(18). https://doi.org/10.3390/molecules29071639
  11. Sitharaman B., Kissell K. R., Hartman K. B., Tran L. A., Baikalov A., Rusakova I., Sun Y., Khant H. A., Ludtke S. J., Chiu W., Laus S., Toʹth Eʹ., Helm L., Merbach A. E., Wilson L. J. Superparamagnetic gadonanotubes are high-performance MRI contrast agents // Chem. Commun. 2005. P. 3915–3917. https://doi.org/10.1039/B504435A
  12. Bouzas-Ramos D., Canga K. C., Mayo J. C., Sainz R. M., Encinar J. R., Costa-Fernandez J. M. Carbon quantum dots codoped with nitrogen and lanthanides for multimodal imaging // Adv. Funct. Mater. 2019. V. 29. ID 1903884(1)–1903884(11). https://doi.org/10.1002/adfm.201903884
  13. Rammohan N., MacRenaris K. W., Moore L. K., Parigi G., Mastarone D. J., Manus L. M., Lilley L. M., Preslar A. T., Waters E. A., Filicko A., Luchinat C., Ho D., Meade T. J. Nanodiamond–gadolinium(III) aggregates for tracking cancer growth in vivo at high field // Nano Lett. 2016. V. 16. N 12. P. 7551–7564. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6b03378
  14. Kato H., Kanazawa Y., Okumura M., Taninaka A., Yokawa T., Shinohara H. Lanthanoid endohedral metallofullerenols for MRI contrast agents // J. Am. Chem. Soc. 2003. V. 125. N 14. P. 4391–4397. https://doi.org/10.1021/ja027555+
  15. Bolskar R. D., Benedetto A. F., Husebo L. O., Price R. E., Jackson E. F., Wallace S., Wilson L. J., Alford J. M. First soluble M@C60 derivatives provide enhanced access to metallofullerenes and permit in vivo evaluation of Gd@C60[C(COOH)2]10 as a MRI contrast agent // J. Am. Chem. Soc. 2003. V. 125. N 18. P. 5248–5582. https://doi.org/10.1021/ja0340984
  16. Toth E., Bolskar R. D., Borel A., Gonzalez G., Helm L., Merbach A. E., Sitharaman B., Wilson L. J. Water-soluble gadofullerenes: Toward high-relaxivity, pH-responsive MRI contrast agents // J. Am. Chem. Soc. 2005. V. 127. N 2. P. 799–805. https://doi.org/10.1021/ja044688h
  17. González-Mancebo D., Becerro A. I., Caro C., Gómez-González E., García-Martín M. L., Ocaña M. Nanoparticulated bimodal contrast agent for ultra-high-field magnetic resonance imaging and spectral X-ray computed tomography // Inorg. Chem. 2024. V. 63. N 23. P. 10648–10656. https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.4c01114
  18. Xu H., Yu P., Bandari R. P., Smith C. J., Aro M. R., Singh A., Ma L. Bimodal MRI/fluorescence nanoparticle imaging contrast agent targeting prostate cancer // Nanomaterials. 2024. V. 14. P. 1177. https://doi.org/10.3390/nano14141177
  19. Kim T. J., Chae K. S., Chang Y., Lee G. H. Gadolinium oxide nanoparticles as potential multimodal imaging and therapeutic agents // Curr. Top. Med. Chem. 2013. V. 13. N 4. P. 422–433. https://doi.org/10.2174/1568026611313040003
  20. Suslova E. V., Kozlov A. P., Shashurin D. A., Rozhkov V. A., Sotenskii R. V., Maximov S. V., Savilov S. V., Medvedev O. S., Chelkov G. A. New composite contrast agents based on Ln and graphene matrix for multi-energy computed tomography // Nanomaterials. 2022. V. 12. ID 4110(1)–4110(16). https://doi.org/10.3390/nano12234110
  21. Шашурин Д. А., Суслова Е. В., Рожков В. А., Сотенский Р. В., Медведев О. С., Шелков Г. А. Контрастные агенты Gd2O3–малослойные графитовые фрагменты для энергочувствительной компьютерной томографии // ЖПХ. 2023. Т. 96. № 4. С. 337–344. https://www.elibrary.ru/oeijnp [Shashurin D. A., Suslova E. V., Rozhkov V. A., Sotenskii R. V., Medvedev O. S., Shelkov G. A. Gd2O3–carbon nanoflakes (CNFs) as contrast agents for photon-counting computed tomography (PCCT) // Russ. J. Appl. Chem. 2023. V. 96. N 4. P. 410–416. https://doi.org/10.1134/S107042722304002X].
  22. Suslova E. V., Kozlov A. P., Shashurin D. A., Maximov S. V., Maslakov K. I., Savilov S. V. La2O3-carbon composite with core-shell structure and features of its gas-phase oxidation // Mend. Comm. 2024. V. 34. P. 90–92. https://doi.org/10.1016/j.mencom.2024.01.027
  23. Long Z., Shen S., Lu Y., Lian W., Chen J., Qiu H. Monodisperse core-shell-structured SiO2@Gd2O3: :Eu3+@SiO2@MIP nanospheres for specific identification and fluorescent determination of carbaryl in green tea // Anal. Bioanal. Chem. 2019. V. 411. P. 4221–4229. https://doi.org/10.1007/s00216-019-01902-2
  24. Васильев Ю. А., Черкасская М. В., Ахмад Е. С., Семенов Д. С., Сыркашев Е. М., Петряйкин А. В., Шарова Д. Е. Фантомное моделирование в магнитно-резонансной томографии: обзор материалов для имитации времени релаксации тканей (обзор) // Полимер. мат. технол. 2023. Т. 9. № 4. С. 6–20. http://doi.org/10.32864/polymmattech-2023-9-4-6-20
  25. Henning J., Nauerth A., Frieburg H. RARE Imaging — A fast imaging method for clinical MR // Magn. Reson. Med. 1986. V. 3. P. 823–833. https://doi.org/10.1002/mrm.1910030602
  26. Meiboom S., Gill D. Modified spin-echo method for measuring nuclear-relaxation times // Rev. Sci. Instrum. 1958. V. 29. P. 688–691. https://doi.org/10.1063/1.1716296
  27. Mironova A. D., Kargina Y. V., Perepukhov A. M., Pavlova O. S., Gulyaev M. V., Pirogov Y. A, Timoshenko V. Y. Temperature monitoring through nanoparticle activated proton relaxation for magnetic resonance imaging application // J. Phys. Conf. Ser. 2021. V. 2058. N 1. ID 012036(1)–012036(6). https://doi.org/10.1088/1742-6596/2058/1/012036
  28. Ильвес В. Г., Соковнин С. Ю., Упоров С. А., Зуев М. Г. Свойства аморфно-нанокристаллического порошка Gd2O3, полученного импульсным электронным испарением // Физика тв. тела. 2013. Т. 55. № 6. С. 1171–1179. https://www.elibrary.ru/rcswlj [Ilʹves V. G., Sokovnin S. Yu., Zuev M. G., Uporiv S. A. Properties of mesoporous amorphous-nanocrystalline Gd2O3-SiO2 powders prepared by pulsed electron beam evaporation // Phys. Solid State. 2013. V. 55. N 6. P. 1262–1271. https://doi.org/10.1134/S1063783413060127].
  29. Suslova E. V., Shashurin D. A., Zoirova Z. O., Shumyantsev A. V., Medvedev O. S., Chelkov G. A. Gd2O3-based contrasting agents for photon-counting computed tomography: Effect of structure, composition, and particle size // Mat. Chem. Phys. 2024. V. 313. ID 128733(1)–128733(7). https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2023.128733
  30. Kahraman A., Gurer U., Lok R. Kaya S., Yilmaz E. Impact of interfacial layer using ultra-thin SiO2 on electrical and structural characteristics of Gd2O3 MOS capacitor // J. Mater. Sci. Mater. Electron. 2018. V. 29. P. 17473–17482. https://doi.org/10.1007/s10854-018-9847-9
  31. Gayathri T., Kumar R. A., Dhilipkumaran S., Jayasankar C. K., Saravanan P., Devanand B. Microwave-assisted combustion synthesis of silica-coated Eu:Gd2O3 nanoparticles for MRI and optical imaging of cancer cells // J. Mater. Sci. Mater. Electron. 2019. V. 30. P. 6860–6867. https://doi.org/10.1007/s10854-019-00999-6
  32. Mahmood F., Nielsen U. G., Jorgensen C. B., Brink C., Thomsen H. S., Hansen R. H. Safety of gadolinium based contrast agents in magnetic resonance imaging-guided radiotherapy — an investigation of chelate stability using relaxometry // Phys. Imaging Radiat. Oncology. 2022. V. 21. P. 96–100. https://doi.org/10.1016/j.phro.2022.02.015
  33. Киселев Ю. М., Кокшаров Ю. А., Хомутов Г. Б., Тишин А. М. Влияние pH среды на структуру комплексов гадолиния по данным ЭПР // Журн. физ. химии. 2000. Т. 74. № 8. С. 1427–1432. https://www.elibrary.ru/rmxxjt
  34. Зиятдинова А. Б., Амиров Р. Р., Антипин И. С., Соловьева С. Е. Магнитно-релаксационное исследование состояния и рецепторных свойств ассоциатов Gd(iii) с додецильными производными сульфонатокаликс[n]аренов // Учен. зап. Казан. гос. ун-та. Сер. Естеств. науки. 2008. Т. 150. № 1. С. 56–68. https://www.elibrary.ru/jjsbfr
  35. Park S. J., Park J. Y., Yang H. K., Jeb J. Y. Gd(OH)3 with multiform morphologies and MRI contrast agent properties by different solvents // Inorg. Chem. Front. 2017. V. 4. N 8. P. 1287–1295. https://doi.org/10.1039/C7QI00267J
  36. Huang C. C., Liu T. Y., Su C. H., Lo Y. W., Chen J. H., Yeh C. S. Superparamagnetic hollow and paramagnetic porous Gd2O3 particles // Chem. Mater. 2008. V. 20. P. 3840–3848. https://doi.org/10.1021/cm703195u

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».