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Ultrasmall Surface-Charge-Modified Tantalum Oxide Nanoparticles for the Assessment of Articular Cartilage Using Contrast-Enhanced Computed Tomography.

関節軟骨の造影CT評価のための超小型表面電荷修飾酸化タンタルナノ粒子 (機械翻訳の邦題)

ACS nano2026Jäntti J, Tuppurainen J, Joenathan A, et al.
研究デザインその他の原著論文
対象ヒト・動物 併記

記録の確認項目

研究デザイン
その他の原著論文
対象
ヒト・動物 併記
出版年
2026
出典
doi.org
抄録の表示
表示あり
出版状態
有効な記録
状態確認日
2026/08/17
収集日
2026/08/04
鮮度
確認期限内
確認段階
自動処理
記録状態
公開

日本語要約(機械生成)

ナノ粒子のサイズと表面特性は生体組織との相互作用を決定し、標的イメージングや治療応用の有効性に影響する。本研究では、超小型酸化タンタルナノ粒子(Ta2O5-NPs)をCT造影剤として用い、表面電荷が軟骨内拡散に及ぼす影響を、ヒト軟骨のex vivo試料、ウサギおよびウマの関節内投与後に調査した。正電荷(Ta2O5-cNPs)と中性(Ta2O5-nNPs)の約3nmの粒子を合成し、マイクロCTで評価した。Ta2O5-cNPsはヒト軟骨に拡散し、その分布はプロテオグリカン含有量、平衡ヤング率、多孔性と正の相関を示し、粘度とは負の相関を示した。一方、Ta2O5-nNPsは軟骨表面に留まり、軟骨-液境界の減弱差を3倍にし、表面損傷を明瞭に描出した。動物モデルでは、cNPsはウサギ膝軟骨に24時間で拡散し、nNPsはウマ手根軟骨の裂傷や部分びらんを描出した。表面電荷の調整により、拡散性粒子は軟骨構造と機能の評価、非拡散性粒子は軟骨セグメンテーションと病変検出に応用できる。

この要約は公開抄録のみを根拠にAIが機械的に生成したものです。正確な内容は原文を確認してください。

抄録

The size and surface properties of nanoparticles (NPs) define their interactions with biological tissues and impact their effectiveness for targeted imaging and therapeutic applications. Here, we investigate ultrasmall tantalum oxide nanoparticles (Ta2O5-NPs) as computed tomography (CT) contrast agents and the effects of NP surface charge on diffusion in ex vivo human cartilage samples, as well as after intra-articular administration in intact rabbit and equine joints. Controlled hydrolysis of tantalum(V) ethoxide, followed by coating with positively charged trimethylammonium and nonionic poly(ethylene glycol) (PEG) ligands at different ratios, affords the approximately 3 nm positively charged (Ta2O5-cNPs) and neutral (Ta2O5-nNPs) tantalum oxide nanoparticles. Ta2O5-cNPs readily diffuse into human cartilage as measured by microcomputed tomography, and the Ta2O5-cNPs partition positively correlates with key indicators of early-stage osteoarthritis to include the proteoglycan content, equilibrium Young's modulus, and porosity (stress-relaxation time constant) while inversely with viscosity (phase shift). In contrast, the neutral Ta2O5-nNPs reside at the cartilage surface, triple the attenuation difference at the cartilage-fluid boundary, accumulate within microscopic surface injuries, and enable clear detection of surface injuries and lesions. When extended to intact ex vivo animal models, Ta2O5-cNPs diffuse into rabbit knee cartilage over 24 h, while Ta2O5-nNPs delineate fissures and partial erosions in equine carpal cartilage. In conclusion, customizing the Ta2O5-NPs surface charge allows, or prevents, their diffusion into cartilage, enabling distinct CT imaging applications: diffusible Ta2O5-cNPs assess the cartilage structure and function, while nondiffusible Ta2O5-nNPs enhance cartilage segmentation and detect lesions in both human in vitro and animal ex vivo models.

MeSH

AnimalsCartilage, ArticularContrast MediaHorsesHumansNanoparticlesOsteoarthritisOxidesParticle SizeRabbitsSurface PropertiesTantalumTomography, X-Ray Computed

DOI 10.1021/acsnano.5c15722

PMID 41534877

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