Nuclear molecular imaging with nanoparticles: radiochemistry, applications and translation

Abstract

Molecular imaging provides considerable insight into biological processes for greater understanding of health and disease. Numerous advances in medical physics, chemistry and biology have driven the growth of this field in the past two decades. With exquisite sensitivity, depth of detection and potential for theranostics, radioactive imaging approaches have played a major role in the emergence of molecular imaging. At the same time, developments in materials science, characterization and synthesis have led to explosive progress in the nanoparticle (NP) sciences. NPs are generally defined as particles with a diameter in the nanometre size range. Unique physical, chemical and biological properties arise at this scale, stimulating interest for applications as diverse as energy production and storage, chemical catalysis and electronics. In biomedicine, NPs have generated perhaps the greatest attention. These materials directly interface with life at the subcellular scale of nucleic acids, membranes and proteins. In this review, we will detail the advances made in combining radioactive imaging and NPs. First, we provide an overview of the NP platforms and their properties. This is followed by a look at methods for radiolabelling NPs with gamma-emitting radionuclides for use in single photon emission CT and planar scintigraphy. Next, utilization of positron-emitting radionuclides for positron emission tomography is considered. Finally, recent advances for multimodal nuclear imaging with NPs and efforts for clinical translation and ongoing trials are discussed.

99mTc-68Ga-ICG-Labelled Macroaggregates and Nanocolloids of Human Serum Albumin: Synthesis Procedures of a Trimodal Imaging Agent Using Commercial Kits

“…Several attempts have been made to label MAA commercially available kits with 68 Ga, which excluded technetium labelling [21] via chelation [22]. However, this approach was limited to pilot studies regarding albumin particles [12,13].…”

“…Free ICG might bind to lipid lipoprotein complexes (β-lipoprotein) [20], resulting in a more intense fluorescence than ICG-bound to free cholesterol [21]. Its binding to blood proteins gradually shifts IR absorption and emission peaks toward longer wavelengths [22].…”

Obrazowanie radioizotopowe w onkologii pediatrycznej – przegląd metod

“…Z uwagi na wysoką wrażliwość organizmu dziecka względem potencjalnie szkodliwych skutków promieniowania jonizującego, właściwe przygotowanie chorego do badania oraz uważne dostosowanie parametrów akwizycyjnych, uwzględniające potrzeby i uwarunkowania pacjenta pediatrycznego jest niezwykle istotne. Odpowiednie postępowanie zwiększa szansę właściwego przeprowadzenia badania, uzyskania skanów akwizycyjnych o dużej wartości diagnostycznej, ustalenia rozpoznania klinicznego i doboru odpowiedniej terapii, a w konsekwencji -zwiększenia wskaźnika przeżywalności chorych pediatrycznych [1][2][3][4]. Wykrycie i prawidłowe rozróżnienie typu obserwowanych zmian, a następnie monitorowanie przebiegu chorób nowotworowych u dzieci możliwe jest w medycynie nuklearnej dzięki użyciu swoistych radiofarmaceutyków, które różnią się zarówno sposobem otrzymywania, jak i parametrami fizycznymi, takimi jak: okres połowicznego rozpadu (okres półrozpadu, T 1/2 ), typ i energia emitowanych kwantów gamma, czy w końcu -własnościami biologicznymi (m.in.…”

“…Wykrycie i prawidłowe rozróżnienie typu obserwowanych zmian, a następnie monitorowanie przebiegu chorób nowotworowych u dzieci możliwe jest w medycynie nuklearnej dzięki użyciu swoistych radiofarmaceutyków, które różnią się zarówno sposobem otrzymywania, jak i parametrami fizycznymi, takimi jak: okres połowicznego rozpadu (okres półrozpadu, T 1/2 ), typ i energia emitowanych kwantów gamma, czy w końcu -własnościami biologicznymi (m.in. powinowactwem biochemicznym względem badanej tkanki) [3].…”

Molecular Imaging with 68Ga Radio-Nanomaterials: Shedding Light on Nanoparticles

“…Radiolabeled nanomaterials have emerged in the last years as a very promising tool for molecular imaging applications [1]. The combination of the size-dependent properties of nanomaterials with the sensitivity of radioisotopes in nuclear imaging techniques opens an attractive field in the development of new probes for the diagnosis and treatment of different pathologies.…”