Везде

RAS Chemistry & Material ScienceЖурнал прикладной химии Russian Journal of Applied Chemistry

  • ISSN (Print) 0044-4618
  • ISSN (Online) 3034-5545

НАНОЧАСТИЦЫ GdO@C И GdO@SiO КАК КОНТРАСТНЫЕ АГЕНТЫ ДЛЯ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ ТОМОГРАФИИ

You can
PII
S30345545S0044461825020055-1
DOI
10.7868/S3034554525020055
Publication type
Article
Status
Published
Authors
Е. В. Суслова
  • Affiliation: Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова
O. S. Pavlova
  • Affiliation: Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова
Z. O. Zoirova
  • Affiliation: Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова
D. A. Sasurin
  • Affiliation: Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова
I. U. Kaplin
  • Affiliation: Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова
G. A. Selkov
  • Affiliation: Международная межправительственная организация «Объединенный институт ядерных исследований»
Volume/ Edition
Volume 98 / Issue number 2
Pages
125-135
Abstract
В качестве контрастных агентов для магнитно-резонансной томографии исследованы новые препараты на основе 1-2 нм частиц GdO, нанесенных на малослойные графитовые фрагменты, а также частицы со структурой типа ядро-оболочка составов GdO@SiO, GdO@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(NO)·6HO и 300-500 нм частицы GdO в желатине. Показано, что релаксивность исследованных контрастов не является линейной величиной, что связано с изменением координационного окружения Gd при увеличении его концентрации в растворах Gd(NO)·6HO, а в случае GdO@SiO и GdO@C - с образованием ассоциатов. При окислении поверхности GdO@C происходит увеличение гидрофильности частиц и уменьшение размера ассоциатов, что приводит к уменьшению релаксивности.
Keywords
Date of publication
19.05.2025
Year of publication
2025
Number of purchasers
0
Views
49

References

  1. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 16. Toth E., Bolskar R. D., Borel A., Gonzalez G., Helm L., Merbach A. E., Sitharaman B., Wilson L. J. Watersoluble 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. 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. 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. 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. 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. 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
  22. 22. 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
  23. 23. 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
  24. 24. 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
  25. 25. 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
  26. 26. 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
  27. 27. 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
  28. 28. 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
  29. 29. 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
  30. 30. 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
  31. 31. Suslova E. V., Shashurin D. A., Zoirova Z. O., Shumyantsev A. V., Medvedev O. S., Chelkov G. A. Gd2O3-based contrasting agents for photoncounting 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
  32. 32. 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
  33. 33. 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
  34. 34. 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
  35. 35. 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
  36. 36. 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
  37. 37. 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
  38. 38. 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
QR
Translate

Индексирование

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Higher Attestation Commission

At the Ministry of Education and Science of the Russian Federation

Scopus

Scientific Electronic Library