Spilskiftende nanodiamond-opdagelse til MR

En undersøgelse fra Northwestern University viser, at kobling af et magnetisk resonans imaging (MRI) kontrastmiddel til en nanodiamond resulterer i dramatisk forbedret signalintensitet og dermed levende billedkontrast.

"Resultaterne er et spring og ikke et lille spring-det er en spilskiftende begivenhed for følsomhed, "sagde Thomas J. Meade, Eileen Foell -professor i kræftforskning i Weinberg College of Arts and Sciences og Feinberg School of Medicine. "Dette er et billeddannelsesmiddel på steroider. Komplekset er langt mere følsomt end noget andet jeg har set."

Meade ledede undersøgelsen sammen med Dean Ho, adjunkt i biomedicinsk teknik og maskinteknik i McCormick School of Engineering and Applied Science.

Ho har allerede vist, at nanodiamanterne har fremragende biokompatibilitet og kan bruges til effektiv lægemiddellevering. Dette nye arbejde baner vejen for den kliniske anvendelse af nanodiamanter til både at levere terapeutiske midler og eksternt spore aktiviteten og placeringen af ​​lægemidlerne.

Studiet, udgivet online af tidsskriftet Nano bogstaver , er også den første offentliggjorte rapport om nanodiamanter, der er afbildet af MR -teknologi, efter forskernes bedste viden. Evnen til at afbilde nanodiamanter in vivo ville være nyttig i biologiske undersøgelser, hvor langsigtet cellulær skæbne kortlægning er kritisk, såsom sporing af beta -ø -celler eller sporing af stamceller.

MR er en ikke -invasiv medicinsk billeddannelsesteknik, der bruger et intravenøst ​​kontrastmiddel til at producere detaljerede billeder af indre strukturer i kroppen. MR er i stand til at trænge dybt ind i vævet, opnår et effektivt niveau af blødt vævskontrast med høj rumlig og tidsrelateret opløsning, og kræver ikke ioniserende stråling.

Kontrastmidler bruges til MR, fordi de ændrer afslapningsevnen (kontrasteffektivitetsindikator) og forbedrer billedopløsningen. Gadolinium (Gd) er det materiale, der oftest bruges som et MR -kontrastmiddel, men dens kontrasteffektivitet kan forbedres.

Meade, Ho og deres kolleger udviklede et gadolinium (III) -nanodiamondkompleks, der, i en række tests, viste en betydelig stigning i afslapningsevne og på tur, en markant stigning i kontrastforbedring. Gd (III) -nanodiamondkomplekset viste en større end 10 gange stigning i afslapningsevne-blandt de højeste pr. Gd (III) -værdier rapporteret til dato. Dette repræsenterer et vigtigt fremskridt i effektiviteten af ​​MR -kontrastmidler.

Ho og Meade afbildede en række forskellige nanodiamondprøver, herunder nanodiamanter dekoreret med forskellige koncentrationer af Gd (III), ikke -dekorerede nanodiamanter og vand. Det intense signal fra Gd (III) -nanodiamondkomplekset var klarest, da Gd (III) -niveauet var højest.

"Nanodiamanter har vist sig at være effektive til at tiltrække vandmolekyler til deres overflade, som kan forstærke afslapningsegenskaberne for Gd (III) -nanodiamondkomplekset, "sagde Ho." Dette kan forklare, hvorfor disse komplekser er så lyse og så gode kontrastmidler. "

"Nanodiamanterne er helt unikke blandt nanopartikler, "Meade sagde." En nanodiamond er som et fragtskib - det giver os en ikke -toksisk platform, hvorpå vi kan lægge forskellige typer lægemidler og billeddannelsesmidler. "

Biokompatibiliteten af ​​Gd (III) -nanodiamond-komplekset understreger dets kliniske relevans. Ud over at bekræfte det forbedrede signal produceret af hybrid, forskerne gennemførte toksicitetsundersøgelser ved hjælp af fibroblaster og HeLa -celler som biologiske testbede.

De fandt ringe indvirkning af hybridkomplekset på cellulær levedygtighed, bekræfter kompleksets iboende sikkerhed og placerer det som et klinisk signifikant nanomateriale. (Andre nanodiamond -billeddannelsesmetoder, såsom fluorescerende nanodiamondmidler, har begrænset vævsindtrængning og er mere passende til histologiske anvendelser.)

Nanodiamanter er kulstofbaserede materialer med en diameter på cirka fire til seks nanometer. Hver nanodiamonds overflade besidder carboxylgrupper, der tillader et bredt spektrum af forbindelser at blive knyttet til den, ikke bare gadolinium (III).

Forskerne undersøger den prækliniske anvendelse af MR-kontrastmiddel-nanodiamondhybrid i forskellige dyremodeller. Med henblik på at optimere dette nye hybridmateriale, de fortsætter også undersøgelser af strukturen af ​​Gd (III) -nanodiamond-komplekset for at lære, hvordan det styrer øget afslapning.

Meade har været banebrydende inden for design og syntese af kemiske forbindelser til anvendelser inden for kræftdetektion, cellulær signalering og genregulering. Ho har været banebrydende for udviklingen af ​​nanodiamanter og har vist deres effektivitet som køretøjer til levering af lægemidler. Begge er medlemmer af Robert H. Lurie Comprehensive Cancer Center ved Northwestern University.