Ny forbindelse forbedrer MR-kontrastmidler

Magnetisk resonansavbildning (MRI) har blitt et uunnværlig medisinsk diagnostisk verktøy på grunn av dets evne til å produsere detaljerte 3D-bilder av vev i kroppen. Radiologer injiserer ofte pasienter med kontrastmidler for å få visse vev, for eksempel svulster, til å skille seg ut mer på det endelige bildet. Nå har forskere syntetisert et MR-kontrastmiddel som er 15 ganger mer følsomt enn forbindelsene som brukes i dag. Dette kan tillate mindre kontrastmiddel å brukes, og dermed redusere potensialet for skadelige bivirkninger.

Nanopyramide: Gadoliniumioner (grønne) er kjemisk knyttet til overflaten av en nanodiamant for å danne et MR-kontrastmiddel som er 15 ganger mer følsomt enn dagens.

Forskerne skapte den nye forbindelsen ved å kjemisk koble gadoliniumioner til nano-diamanter - små klynger av karbonatomer bare noen få nanometer i diameter. Gadolinium, et sjeldent jordartsmetall, brukes i MR-kontrastmidler på grunn av dets sterke paramagnetiske egenskaper (magnetisme som respons på et påført magnetfelt). Men alene er gadolinium giftig, så det må bindes til andre, biokompatible molekyler for å kunne brukes klinisk. Mange grupper har forsøkt å forbedre egenskapene til gadoliniumbaserte kontrastmidler ved å feste metallet til en rekke materialer, alt fra store organiske molekyler til nanopartikler.



Vi har gjort dette med mange klasser av nanopartikler og har aldri sett denne ekstraordinære økningen i følsomhet, sier Thomas J. Meade , Eileen M. Foell professor i kjemi og direktør for Center for Advanced Molecular Imaging ved Northwestern University. Han og kollegene publiserte funnene sine på nettet i Nanobokstaver forrige måned.

Meade samarbeidet med Dean Ho , assisterende professor i biomedisinsk og mekanisk ingeniørfag ved Northwestern, og hans gruppe, som har studert nano-diamanter som kjøretøyer for medikamentlevering. I motsetning til noen karbon-nanomaterialer, sier Ho at nanodiamanter tolereres godt av celler og ikke endrer genuttrykk på ugunstige måter. Forskerne koblet nano-diamantene til gadolinium og testet egenskapene til det resulterende komplekset for å vurdere hvor godt et MR-kontrastmiddel det kan være.

MR fungerer ved å omgi en pasient med et kraftig magnetfelt, som justerer kjernene til hydrogenatomer i kroppen. Radiobølgepulser undersøker systematisk små deler av vev, og slår disse atomene ut av justering. Når de slapper av tilbake til sin forrige tilstand, sender atomene ut et radiofrekvenssignal som kan oppdages og oversettes til et bilde.

På grunn av dets sterke paramagnetiske egenskaper, endrer gadolinium avslappingen av hydrogenatomer når det er i nærheten. Kontrastmidler som inneholder gadolinium kan utformes for å samle seg fortrinnsvis i svulster, og dermed øke kontrasten mellom svulsten og det omkringliggende vevet. Kontrastmidlets evne til å endre relaksasjonen av hydrogenatomer uttrykkes som relaksivitet, som står for relaksasjonstiden og konsentrasjonen av gadolinium i vevene.

Den høye relaksiviteten til gadolinium-nano-diamantforbindelsen kan delvis tilskrives dens evne til å tiltrekke seg vann, noe som bidrar til å øke MR-signalet. Hvis du ser på formen til en nano-diamant, er den som en fotball, men mer kantete rundt ansiktene, sier Ho. Den er ikke helt rund. De forskjellige ansiktene har vekslende positive og negative ladninger, noe som bidrar til å orientere vannmolekyler på en slik måte at de lager et tett skall av vann rundt nanodiamanten.

Forskerne testet gadolinium-nano-diamanten på forskjellige typer celler i laboratoriet og fant ikke bevis på toksisitet. Det neste trinnet, sier Ho, er å teste forbindelsens sikkerhet og effektivitet som kontrastmiddel hos dyr. Vi er spente på å se hva slags økt ytelse vi kan få, sier Ho.

Jeg synes det er et veldig interessant system, sier Kenneth N. Raymond , professor i kjemi ved University of California i Berkeley. De har åpenbart en økning i avslapningsevne på én størrelsesorden som er ganske betydelig. Mange forskere har forsøkt å feste gadoliniumioner til høymolekylære forbindelser, som proteiner og dendrimerer, sier han. Den lille nano-diamanten, så vidt jeg vet, er ganske ny, og jeg synes en veldig smart ting å gjøre.

Foreløpig må radiologer injisere det som utgjør flere gram gadolinium i en pasient for å få god kontrast på en MR. Ved å øke følsomheten til kontrastmidlet ti ganger, kan du bruke en tidel så mye gadolinium, sier Raymond. Det er mye bekymring i klinikken for visse klasser av pasienter om gadoliniumtoksisitet. Toksisitet er veldig nært knyttet til dose.

gjemme seg