211service.com
Nieuwe verbinding verbetert MRI-contrastmiddelen
Magnetische resonantie beeldvorming (MRI) is een onmisbaar medisch diagnostisch hulpmiddel geworden vanwege het vermogen om gedetailleerde, 3D-beelden van weefsel in het lichaam te produceren. Radiologen injecteren patiënten vaak met contrastmiddelen om bepaalde weefsels, zoals tumoren, beter te laten opvallen op het uiteindelijke beeld. Nu hebben onderzoekers een MRI-contrastmiddel gesynthetiseerd dat 15 keer gevoeliger is dan de verbindingen die momenteel worden gebruikt. Hierdoor kan er minder contrastmiddel worden gebruikt, waardoor de kans op schadelijke bijwerkingen wordt verkleind.
Nano-piramide: Gadoliniumionen (groen) zijn chemisch verbonden met het oppervlak van een nanodiamant om een MRI-contrastmiddel te vormen dat 15 keer gevoeliger is dan de huidige.
De onderzoekers creëerden de nieuwe verbinding door gadoliniumionen chemisch te koppelen aan nanodiamanten - kleine clusters van koolstofatomen met een diameter van slechts enkele nanometers. Gadolinium, een zeldzaam aardmetaal, wordt gebruikt in MRI-contrastmiddelen vanwege zijn sterke paramagnetische eigenschappen (magnetisme als reactie op een aangelegd magnetisch veld). Maar alleen gadolinium is giftig, dus het moet worden gebonden aan andere, biocompatibele moleculen om klinisch te worden gebruikt. Veel groepen hebben geprobeerd de eigenschappen van op gadolinium gebaseerde contrastmiddelen te verbeteren door het metaal aan een verscheidenheid aan materialen te hechten, variërend van grote organische moleculen tot nanodeeltjes.
We hebben dit met veel klassen nanodeeltjes gedaan en hebben nog nooit deze buitengewone toename in gevoeligheid gezien, zegt Thomas J. Meade , de Eileen M. Foell hoogleraar scheikunde en directeur van het Center for Advanced Molecular Imaging aan de Northwestern University. Hij en zijn collega's publiceerden hun bevindingen online in Nano-letters vorige maand.
Meade werkte samen met Dean Ho , assistent-professor biomedische en werktuigbouwkunde aan de Northwestern, en zijn groep, die nanodiamanten heeft bestudeerd als vehikels voor medicijnafgifte. In tegenstelling tot sommige koolstofnanomaterialen, zegt Ho dat nanodiamanten goed worden verdragen door cellen en de genexpressie niet op nadelige wijze veranderen. De onderzoekers koppelden de nanodiamanten aan gadolinium en testten de eigenschappen van het resulterende complex om te beoordelen hoe goed een MRI-contrastmiddel het zou kunnen zijn.
MRI werkt door een patiënt te omringen met een krachtig magnetisch veld, dat de kernen van waterstofatomen in het lichaam op één lijn brengt. Radiogolfpulsen tasten systematisch kleine delen van weefsels af, waardoor die atomen uit de pas lopen. Wanneer ze weer ontspannen in hun vorige toestand, zenden de atomen een radiofrequentiesignaal uit dat kan worden gedetecteerd en omgezet in een afbeelding.
Vanwege zijn sterke paramagnetische eigenschappen verandert gadolinium de relaxatie van waterstofatomen wanneer het in de buurt is. Contrastmiddelen die gadolinium bevatten, kunnen zo worden ontworpen dat ze zich bij voorkeur in tumoren verzamelen, waardoor het contrast tussen de tumor en het omringende weefsel wordt verbeterd. Het vermogen van het contrastmiddel om de relaxatie van waterstofatomen te veranderen, wordt uitgedrukt als relaxiviteit, wat de relaxatietijd en de concentratie van gadolinium in de weefsels verklaart.
De hoge relaxiviteit van de gadolinium-nano-diamantverbinding kan gedeeltelijk worden toegeschreven aan het vermogen om water aan te trekken, wat het MRI-signaal helpt versterken. Als je kijkt naar de vorm van een nanodiamant, is het als een voetbal, maar meer hoekig rond de gezichten, zegt Ho. Het is niet helemaal rond. De verschillende gezichten hebben afwisselend positieve en negatieve ladingen, wat helpt om watermoleculen zo te oriënteren dat ze een strakke schil van water rond de nanodiamant creëren.
De onderzoekers testten de gadolinium-nano-diamant op verschillende soorten cellen in het laboratorium en vonden geen bewijs van toxiciteit. De volgende stap, zegt Ho, is om de veiligheid en effectiviteit van de verbinding als contrastmiddel bij dieren te testen. We zijn verheugd om te zien wat voor soort betere prestaties we kunnen krijgen, zegt Ho.
Ik vind het een heel interessant systeem, zegt Kenneth N. Raymond , hoogleraar scheikunde aan de Universiteit van Californië in Berkeley. Ze hebben duidelijk een toename van één orde van grootte in relaxiviteit die behoorlijk significant is. Veel onderzoekers hebben geprobeerd gadoliniumionen te hechten aan verbindingen met een hoog molecuulgewicht, zoals eiwitten en dendrimeren, zegt hij. De kleine nanodiamant is, voor zover ik weet, vrij nieuw en, denk ik, heel slim om te doen.
Momenteel moeten radiologen wat neerkomt op enkele grammen gadolinium in een patiënt injecteren om een goed contrast te krijgen op een MRI. Door de gevoeligheid van het contrastmiddel tienvoudig te verhogen, zou je een tiende van gadolinium kunnen gebruiken, zegt Raymond. Er is veel bezorgdheid in de kliniek voor bepaalde klassen van patiënten over de toxiciteit van gadolinium. Toxiciteit hangt nauw samen met de dosis.