211service.com
Ny förening förbättrar MRT-kontrastmedel
Magnetisk resonanstomografi (MRT) har blivit ett oumbärligt medicinskt diagnostiskt verktyg på grund av dess förmåga att producera detaljerade 3D-bilder av vävnad i kroppen. Radiologer injicerar ofta patienter med kontrastmedel för att få vissa vävnader, såsom tumörer, att sticka ut mer på den slutliga bilden. Nu har forskare syntetiserat ett MRT-kontrastmedel som är 15 gånger känsligare än de föreningar som för närvarande används. Detta kan göra att mindre kontrastmedel kan användas, vilket minskar risken för skadliga biverkningar.
Nano pyramid: Gadoliniumjoner (gröna) är kemiskt kopplade till ytan av en nanodiamant för att bilda ett MRI-kontrastmedel som är 15 gånger känsligare än nuvarande.
Forskarna skapade den nya föreningen genom att kemiskt länka gadoliniumjoner till nanodiamanter - små kluster av kolatomer bara några nanometer i diameter. Gadolinium, en sällsynt jordartsmetall, används i MRT-kontrastmedel på grund av dess starka paramagnetiska egenskaper (magnetism som svar på ett applicerat magnetfält). Men ensamt är gadolinium giftigt, så det måste bindas till andra, biokompatibla molekyler för att kunna användas kliniskt. Många grupper har försökt förbättra egenskaperna hos gadoliniumbaserade kontrastmedel genom att fästa metallen på en mängd olika material, allt från stora organiska molekyler till nanopartiklar.
Vi har gjort detta med många klasser av nanopartiklar och har aldrig sett denna extraordinära ökning av känslighet, säger Thomas J. Meade , Eileen M. Foell-professorn i kemi och chef för Center for Advanced Molecular Imaging vid Northwestern University. Han och hans kollegor publicerade sina resultat online i Nanobokstäver förra månaden.
Meade samarbetade med Dean Ho , biträdande professor i biomedicinsk och mekanisk ingenjörskonst vid Northwestern, och hans grupp, som har studerat nanodiamanter som medel för läkemedelstillförsel. Till skillnad från vissa kolnanomaterial, säger Ho att nanodiamanter tolereras väl av celler och inte förändrar genuttryck på negativa sätt. Forskarna kopplade nanodiamanterna till gadolinium och testade egenskaperna hos det resulterande komplexet för att bedöma hur bra ett MRT-kontrastmedel det kan vara.
MRT fungerar genom att omge en patient med ett kraftfullt magnetfält, som riktar in kärnorna av väteatomer i kroppen. Radiovågspulser undersöker systematiskt små sektioner av vävnader och slår dessa atomer ur linje. När de slappnar av tillbaka till sitt tidigare tillstånd avger atomerna en radiofrekvenssignal som kan detekteras och översättas till en bild.
På grund av dess starka paramagnetiska egenskaper förändrar gadolinium avslappningen av väteatomer när det är i närheten. Kontrastmedel som innehåller gadolinium kan utformas för att företrädesvis samlas i tumörer och på så sätt förbättra kontrasten mellan tumören och den omgivande vävnaden. Kontrastmedlets förmåga att förändra avslappningen av väteatomer uttrycks som relaxivitet, vilket står för relaxationstiden och koncentrationen av gadolinium i vävnaderna.
Den höga relaxiviteten hos gadolinium-nano-diamantföreningen kan delvis tillskrivas dess förmåga att attrahera vatten, vilket hjälper till att öka MRI-signalen. Om du tittar på formen på en nanodiamant är den som en fotboll men mer kantig runt ansiktena, säger Ho. Den är inte helt rund. De olika ansiktena har omväxlande positiva och negativa laddningar, vilket hjälper till att orientera vattenmolekyler på ett sådant sätt att de skapar ett tätt skal av vatten runt nanodiamanten.
Forskarna testade gadolinium-nano-diamanten på olika typer av celler i labbet och hittade inga bevis på toxicitet. Nästa steg, säger Ho, är att testa föreningens säkerhet och effektivitet som kontrastmedel hos djur. Vi är spännande att se vilken typ av ökad prestation vi kan få, säger Ho.
Jag tycker att det är ett väldigt intressant system, säger Kenneth N. Raymond , professor i kemi vid University of California i Berkeley. De har uppenbarligen fått en ökning av avslappningsförmågan med en storleksordning som är ganska betydande. Många forskare har försökt att fästa gadoliniumjoner till högmolekylära föreningar, som proteiner och dendrimerer, säger han. Den lilla nanodiamanten är, så vitt jag vet, ganska ny, och, tycker jag, en mycket smart sak att göra.
För närvarande behöver radiologer injicera vad som motsvarar flera gram gadolinium i en patient för att få bra kontrast på en MRT. Genom att öka känsligheten hos kontrastmedlet tio gånger så skulle du kunna använda en tiondel så mycket gadolinium, säger Raymond. Det finns mycket oro på kliniken för vissa klasser av patienter om gadoliniumtoxicitet. Toxicitet är mycket nära kopplat till dosen.