51. a top-down synthesis route to ultrasmall multifunctional Gd-based nanoparticles for theranostic applications
- Author
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Mignot , A., Truillet , C., Lux , F., Sancey , L., Louis , C., Denat , F., Boschetti , F., Bocher , L., Gloter , A., Stéphan , O., Antoine , Rodolphe, Dugourd , P., Luneau , D., Novitchi , G., Figueiredo L. , C., De morais P. , C., Bonneviot , Laurent, Albela , Belen, Ribot , F., Van lokeren , L., Déchamps-Olivier , I., Chuburu , F., Lemercier , G., Villiers , C., Marche , P. N., Le duc , G., Roux , S., Tillement , O., Perriat , P., Laboratoire de Physico-Chimie des Matériaux Luminescents ( LPCML ), Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Matériaux, ingénierie et science [Villeurbanne] ( MATEIS ), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ), Nano-H SAS, Nano-H, Institut de Chimie Moléculaire de l'Université de Bourgogne [Dijon] ( ICMUB ), Université de Bourgogne ( UB ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), CheMatech - Macrocycle Design Technologies, Laboratoire de Physique des Solides ( LPS ), Université Paris-Sud - Paris 11 ( UP11 ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Laboratoire de Spectrométrie Ionique et Moléculaire ( LASIM ), École normale supérieure - Lyon ( ENS Lyon ) -Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Laboratoire des Multimatériaux et Interfaces ( LMI ), Instituto de Fisica, Núcleo de Física Aplicada, Universidade de Brasilia [Brasília] ( UnB ), Huazhong University of Science & Technology [Wuhan] ( HUST ), Laboratoire de Chimie - UMR5182 ( LC ), Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée de Paris (site Paris VI) ( LCMCP (site Paris VI) ), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 ( UPMC ) -Collège de France ( CdF ) -Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris- Chimie ParisTech-PSL ( ENSCP ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée de Paris (site ENSCP) ( LCMCP (site ENSCP) ), Institut de Chimie Moléculaire de Reims - UMR 7312 ( ICMR ), SFR Condorcet, Université de Reims Champagne-Ardenne ( URCA ) -Université de Picardie Jules Verne ( UPJV ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université de Reims Champagne-Ardenne ( URCA ) -Université de Picardie Jules Verne ( UPJV ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -SFR CAP Santé (Champagne-Ardenne Picardie Santé), Université de Reims Champagne-Ardenne ( URCA ) -Université de Picardie Jules Verne ( UPJV ) -Université de Reims Champagne-Ardenne ( URCA ) -Université de Picardie Jules Verne ( UPJV ) -Université de Reims Champagne-Ardenne ( URCA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Institut d'oncologie/développement Albert Bonniot de Grenoble ( INSERM U823 ), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 ( UJF ) -CHU Grenoble-EFS-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale ( INSERM ), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 ( UJF ), Biomedical Beamline ( ID17 ), ESRF, Univers, Transport, Interfaces, Nanostructures, Atmosphère et environnement, Molécules ( UTINAM ), and Institut national des sciences de l'Univers ( INSU - CNRS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université de Franche-Comté ( UFC )
- Abstract
International audience; New, ultrasmall nanoparticles with sizes below 5 nm have been obtained. These small rigid platforms (SRP) are composed of a polysiloxane matrix with DOTAGA (1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1-glutaric anhydride-4,7,10-triacetic acid)-Gd3+ chelates on their surface. They have been synthesised by an original top-down process: 1) formation of a gadolinium oxide Gd2O3 core, 2) encapsulation in a polysiloxane shell grafted with DOTAGA ligands, 3) dissolution of the gadolinium oxide core due to chelation of Gd3+ by DOTAGA ligands and 4) polysiloxane fragmentation. These nanoparticles have been fully characterised using photon correlation spectroscopy (PCS), transmission electron microscopy (TEM), a superconducting quantum interference device (SQUID) and electron paramagnetic resonance (EPR) to demonstrate the dissolution of the oxide core and by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS), mass spectrometry, fluorescence spectroscopy, 29Si solid-state NMR, 1H NMR and diffusion ordered spectroscopy (DOSY) to determine the nanoparticle composition. Relaxivity measurements gave a longitudinal relaxivity r1 of 11.9 s−1 mM−1 per Gd at 60 MHz. Finally, potentiometric titrations showed that Gd3+ is strongly chelated to DOTAGA (complexation constant logβ110=24.78) and cellular tests confirmed the that nanoconstructs had a very low toxicity. Moreover, SRPs are excreted from the body by renal clearance. Their efficiency as contrast agents for MRI has been proved and they are promising candidates as sensitising agents for image-guided radiotherapy.
- Published
- 2013
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