Forskere lysner vejen for at skabe en ny type MR-kontrastmiddel

Forskere fra University of Texas i Dallas puster nyt liv i et gammelt MRI-kontrastmiddel ved at binde det til en plantevirus og pakke det ind i et beskyttende kemikaliebur.

Den nye strategi er rettet mod at udvikle en fuldstændig organisk og biologisk nedbrydelig forbindelse, der ville eliminere behovet for at bruge tungmetaller såsom gadolinium i kontrastmidler, sagde Dr. Jeremiah Gassensmith, lektor i kemi og biokemi på School of Natural Sciences and Mathematics og tilsvarende forfatter til en undersøgelse offentliggjort online 5. februar i tidsskriftet Kemisk Videnskab , en udgivelse af Royal Society of Chemistry.

MR er en almindeligt anvendt medicinsk billeddannelsesteknologi, der gør det muligt for læger at se blødt væv i kroppen. Nogle væv, som kræft, ses bedre, når en patient får et kontrastmiddel, som får syge dele af kroppen til at dukke op i en MR-scanning. Den eneste klasse af kontrastmidler, der er godkendt til brug med MR i USA, er baseret på tungmetallet gadolinium, som typisk udskilles gennem en patients urin, efter at en MR er afsluttet.

På grund af dens udbredte brug, gadolinium - som er i stand til at snige sig gennem spildevandsrensningsanlæg - dukker i stigende grad op i vandskel i og omkring store storbyområder.

"Gadolinium-baserede kontrastmidler bruges så meget og så ofte, at kun fra patienter, der udskiller det i deres urin, metallet bliver frigivet til vandressourcer og sedimenter, " sagde Gassensmith. "De observerede koncentrationer er stadig meget lave, men, Ikke desto mindre, det er ikke helt klart, hvilke virkninger langsigtet ophobning af gadolinium kan have på kroppen."

Ud over, til patienter med kompromitterede nyrer, som har svært ved at udskille disse kontrastmidler, gadolinium kan øge risikoen for yderligere nyreskade.

"Af disse grunde, vi ønskede at finde på noget, der var biokompatibelt og bionedbrydeligt, noget helt organisk uden tungmetaller, " sagde Gassensmith. Gassensmith og hans kolleger genså en type organisk radikal kontrastmiddel, eller ORCA, som tidligere var blevet betragtet som et MRI-kontrastmiddel, men som delvist blev forladt, fordi det ikke er lyst nok, og det nedbrydes for hurtigt i kroppen af ​​ascorbat - C-vitamin.

"Denne ORCA er et metalfrit middel, der er kompatibelt med nuværende MR-teknikker, er mindre giftigt for kroppen og er meget biologisk nedbrydeligt. Desværre, på egen hånd, det er ikke særlig lyst, og det er så biologisk nedbrydeligt, at det er upraktisk at bruge, " sagde Gassensmith.

Gassensmiths forskergruppe genbrugte midlet ved først at knytte ORCA-molekylerne til tusindvis af dockingsteder på en tobaksmosaikvirus.

"Da dette er en plantevirus, det kan ikke inficere mennesker eller dyr, og det nedbrydes let af leveren. Fordi virussen er så stor, det giver os også mulighed for at placere tusindvis af ORCA-molekylerne lige ved siden af ​​hinanden, " sagde Gassensmith. "Det er forskellen på at have et juletræslys, hvilket er ret dunkelt, og en hel perlerække af dem sammen, hvilket er ret lyst."

Forskerne skulle også beskytte midlet, så det ville holde længe nok i kroppen til at være praktisk til MR-brug.

"Vi sætter ORCA'en i et bur, som ingen havde gjort før, " sagde Gassensmith.

Specifikt, de fremstillede hule kemiske strukturer kaldet cucurbiturils, så navngivet, fordi de er formet lidt som et græskar (fra plantefamilien Cucurbitaceae), og viklede dem rundt om hvert ORCA-molekyle.

"Buret og kontrastmidlet klistrer bare sammen - de danner ikke en kemisk binding med hinanden, " sagde Gassensmith. "Det ligner forholdet mellem en nøgle og en lås. Fordi der ikke er nogen kemisk binding, men molekylerne holder alligevel sammen, denne tilgang kaldes 'supramolekylær' kemi, hvilket gør det middel, vi skabte, til et smORCA-supramolekylært makromolekylært organisk radikal kontrastmiddel."

Buret er konstrueret som en si, så vandet kan nå ORCA. Dette er nødvendigt, fordi MRI'er bruger vandet i kroppen til at skabe et billede. På samme tid, buret blokerer større molekyler, som ascorbat, der kan inaktivere ORCA.

Hos mus, den ubeskyttede ORCA brød sammen inden for cirka 30 minutter, mens den beskyttede version gav mere end to timers synlig kontrast.

"Alt, hvad vi bruger, er blevet testet eller en del af medicinsk forskning i årtier. Vi har bare sat dem alle sammen på en ny måde, " sagde Gassensmith. "Vi har noget mere arbejde at gøre for at vise, at vores materiale er stabilt i det komplekse miljø i den menneskelige krop, og vi vil gerne se, om vi kan målrette det mod specifikke sygdomme som kræft og andre abnormiteter i væv.

"Men jeg tror, ​​at vores resultater er et lovende skridt i retning af at udvikle smORCA'er til klinisk levedygtige kontrastmidler."