Nová sloučenina zlepšuje kontrastní látky MRI

Zobrazování magnetickou rezonancí (MRI) se stalo nepostradatelným lékařským diagnostickým nástrojem díky své schopnosti vytvářet podrobné 3D snímky tkáně v těle. Radiologové často pacientům injekčně aplikují kontrastní látky, aby na výsledném snímku více vynikly určité tkáně, například nádory. Nyní vědci syntetizovali kontrastní látku pro MRI, která je 15krát citlivější než sloučeniny používané v současnosti. To by mohlo umožnit použití menšího množství kontrastní látky, čímž by se snížila možnost škodlivých vedlejších účinků.

Nano pyramida: Ionty gadolinia (zelené) jsou chemicky spojeny s povrchem nano diamantu a vytvářejí kontrastní látku pro MRI 15krát citlivější než ty současné.

Vědci vytvořili novou sloučeninu chemickou vazbou gadolinových iontů na nanodiamanty – drobné shluky atomů uhlíku o průměru jen několik nanometrů. Gadolinium, kov vzácných zemin, se používá v kontrastních látkách pro magnetickou rezonanci kvůli svým silným paramagnetickým vlastnostem (magnetismus v reakci na aplikované magnetické pole). Ale samotné gadolinium je toxické, takže se musí vázat na jiné, biokompatibilní molekuly, aby mohlo být klinicky použito. Mnoho skupin se snažilo zlepšit vlastnosti kontrastních látek na bázi gadolinia připojením kovu k různým materiálům, od velkých organických molekul po nanočástice.

Udělali jsme to s mnoha třídami nanočástic a nikdy jsme neviděli tento mimořádný nárůst citlivosti, říká Thomas J. Meade , profesorka chemie Eileen M. Foell a ředitelka Centra pro pokročilé molekulární zobrazování na Northwestern University. On a jeho kolegové zveřejnili své poznatky online v Nano dopisy minulý měsíc.

Meade spolupracoval s Dean Ho , odborný asistent biomedicínského a strojního inženýrství na Northwestern, a jeho skupina, která studovala nano diamanty jako prostředky pro dodávání léků. Na rozdíl od některých uhlíkových nanomateriálů Ho říká, že nanodiamanty jsou buňkami dobře tolerovány a nemění genovou expresi nepříznivým způsobem. Vědci spojili nanodiamanty s gadoliniem a testovali vlastnosti výsledného komplexu, aby posoudili, jak dobrý by mohl být kontrastní prostředek pro MRI.

MRI funguje tak, že obklopuje pacienta silným magnetickým polem, které vyrovnává jádra atomů vodíku v těle. Pulsy rádiových vln systematicky zkoumají malé části tkání a vyrážejí tyto atomy ze zarovnání. Když se uvolní zpět do předchozího stavu, atomy vysílají vysokofrekvenční signál, který lze detekovat a převést do obrazu.

Díky svým silným paramagnetickým vlastnostem mění gadolinium relaxaci atomů vodíku, když je poblíž. Kontrastní látky obsahující gadolinium mohou být navrženy tak, aby se shromažďovaly přednostně v nádorech, čímž se zvyšuje kontrast mezi nádorem a okolní tkání. Schopnost kontrastní látky měnit relaxaci vodíkových atomů je vyjádřena jako relaxivita, která odpovídá době relaxace a koncentraci gadolinia ve tkáních.

Vysoká relaxivita sloučeniny gadolinium-nano diamant lze částečně přičíst její schopnosti přitahovat vodu, což pomáhá zesilovat signál MRI. Když se podíváte na tvar nano diamantu, je to jako fotbalový míč, ale kolem obličejů je hranatější, říká Ho. Není úplně kulatý. Různé tváře mají střídající se kladné a záporné náboje, což pomáhá orientovat molekuly vody tak, aby kolem nanodiamantu vytvořily těsnou slupku vody.

Vědci testovali gadolinium-nano diamant na různých typech buněk v laboratoři a nenašli důkazy o toxicitě. Dalším krokem, říká Ho, je otestovat bezpečnost a účinnost sloučeniny jako kontrastní látky u zvířat. Jsme nadšeni, že uvidíme, jaký druh zvýšeného výkonu můžeme dosáhnout, říká Ho.

Myslím, že je to velmi zajímavý systém, říká Kenneth N. Raymond , profesor chemie na Kalifornské univerzitě v Berkeley. Zjevně mají nárůst relaxivity o jeden řád, což je docela významné. Mnoho výzkumníků se pokusilo připojit ionty gadolinia ke sloučeninám s vysokou molekulovou hmotností, jako jsou proteiny a dendrimery, říká. Malý nano diamant, pokud vím, je docela nový a myslím, že je to velmi chytrá věc.

V současné době musí radiologové vstříknout pacientovi množství několika gramů gadolinia, aby získali dobrý kontrast na MRI. Desetinásobným zvýšením citlivosti kontrastní látky můžete použít desetinu gadolinia, říká Raymond. Na klinice je u určitých skupin pacientů velké obavy z toxicity gadolinia. Toxicita je velmi úzce spojena s dávkou.

skrýt