211service.com
Ny forbindelse forbedrer MRI-kontrastmidler
Magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) er blevet et uundværligt medicinsk diagnostisk værktøj på grund af dets evne til at producere detaljerede 3D-billeder af væv i kroppen. Radiologer injicerer ofte patienter med kontrastmidler for at få visse væv, såsom tumorer, til at skille sig ud mere på det endelige billede. Nu har forskere syntetiseret et MRI-kontrastmiddel, der er 15 gange mere følsomt end de stoffer, der bruges i øjeblikket. Dette kunne gøre det muligt at bruge mindre kontrastmiddel og dermed reducere risikoen for skadelige bivirkninger.
Nano pyramide: Gadoliniumioner (grønne) er kemisk forbundet med overfladen af en nano-diamant for at danne et MRI-kontrastmiddel, der er 15 gange mere følsomt end nuværende.
Forskerne skabte den nye forbindelse ved kemisk at forbinde gadoliniumioner til nano-diamanter - bittesmå klynger af kulstofatomer kun få nanometer i diameter. Gadolinium, et sjældent jordarters metal, bruges i MRI-kontrastmidler på grund af dets stærke paramagnetiske egenskaber (magnetisme som reaktion på et påført magnetfelt). Men alene er gadolinium giftigt, så det skal bindes til andre, biokompatible molekyler for at blive brugt klinisk. Mange grupper har forsøgt at forbedre egenskaberne af gadolinium-baserede kontrastmidler ved at fastgøre metallet til en række forskellige materialer, lige fra store organiske molekyler til nanopartikler.
Vi har gjort dette med mange klasser af nanopartikler og har aldrig set denne ekstraordinære stigning i følsomhed, siger Thomas J. Meade , Eileen M. Foell professor i kemi og direktør for Center for Advanced Molecular Imaging ved Northwestern University. Han og hans kolleger offentliggjorde deres resultater online i Nano bogstaver sidste måned.
Meade samarbejdede med Dean Ho , assisterende professor i biomedicinsk og mekanisk teknik ved Northwestern, og hans gruppe, som har studeret nano-diamanter som midler til medicinafgivelse. I modsætning til nogle kulstof-nanomaterialer siger Ho, at nanodiamanter tolereres godt af celler og ikke ændrer genekspression på ugunstige måder. Forskerne koblede nano-diamanterne til gadolinium og testede egenskaberne af det resulterende kompleks for at vurdere, hvor godt et MRI-kontrastmiddel det kunne være.
MR virker ved at omgive en patient med et kraftigt magnetfelt, som justerer kernerne af brintatomer i kroppen. Radiobølgeimpulser sonderer systematisk små dele af væv og slår disse atomer ud af justering. Når de slapper af tilbage til deres tidligere tilstand, udsender atomerne et radiofrekvenssignal, der kan detekteres og oversættes til et billede.
På grund af dets stærke paramagnetiske egenskaber ændrer gadolinium afslapningen af brintatomer, når det er i nærheden. Kontrastmidler, der indeholder gadolinium, kan designes til at samle sig fortrinsvis i tumorer og dermed øge kontrasten mellem tumoren og det omgivende væv. Kontrastmidlets evne til at ændre relaksationen af brintatomer udtrykkes som relaksivitet, som tegner sig for relaksationstiden og koncentrationen af gadolinium i vævene.
Den høje afslapningsevne af gadolinium-nano-diamantforbindelsen kan til dels tilskrives dens evne til at tiltrække vand, hvilket hjælper med at booste MR-signalet. Hvis du ser på formen af en nano-diamant, er den som en fodbold, men mere kantet omkring ansigterne, siger Ho. Den er ikke helt rund. De forskellige ansigter har vekslende positive og negative ladninger, som er med til at orientere vandmolekyler på en sådan måde, at de skaber en tæt skal af vand omkring nanodiamanten.
Forskerne testede gadolinium-nano-diamanten på forskellige typer celler i laboratoriet og fandt ikke tegn på toksicitet. Det næste trin, siger Ho, er at teste forbindelsens sikkerhed og effektivitet som kontrastmiddel hos dyr. Vi er spændte på at se, hvilken form for øget præstation vi kan få, siger Ho.
Jeg synes, det er et meget interessant system, siger Kenneth N. Raymond , professor i kemi ved University of California i Berkeley. De har åbenbart fået en stigning i afslapningsevnen på én størrelsesorden, der er ret betydelig. Mange forskere har forsøgt at knytte gadoliniumioner til højmolekylære forbindelser, som proteiner og dendrimerer, siger han. Den lille nano-diamant er, så vidt jeg ved, ret ny, og, synes jeg, en meget smart ting at gøre.
I øjeblikket skal radiologer injicere, hvad der svarer til adskillige gram gadolinium i en patient for at få god kontrast på en MR. Ved at øge følsomheden af kontrastmidlet ti gange, kan du bruge en tiendedel så meget gadolinium, siger Raymond. Der er meget bekymring i klinikken for visse klasser af patienter om gadolinium-toksicitet. Toksicitet er meget tæt forbundet med dosis.