Nanodiamonds producerer Game Changing Event for MRI-billedfølsomhed

En undersøgelse fra Northwestern University viser, at kobling af et meget brugt magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) kontrastmiddel til en nanodiamant resulterer i dramatisk forbedret signalintensitet og dermed levende billedkontrast. "Resultaterne er et spring og ikke et lille - det er en spilskiftende begivenhed for følsomhed, sagde Thomas Meade, der ledede Northwestern forskerholdet og er medlem af Nanomaterials for Cancer Diagnostics and Therapeutics Center for Cancer Nanotechnology Excellence. "Dette er et billeddannende middel på steroider. Komplekset er langt mere følsomt end noget andet, jeg har set."

Dean Ho, Meades kollega på Northwestern, havde tidligere vist, at nanodiamanter har fremragende biokompatibilitet og kan bruges til effektiv lægemiddellevering. Dette nye arbejde baner vejen for den kliniske brug af nanodiamanter til både at levere terapeutika og fjernspore stoffernes aktivitet og placering.

Studiet, offentliggjort i tidsskriftet Nano bogstaver , er den første offentliggjorte rapport om nanodiamanter, der afbildes med MR-teknologi, efter forskernes bedste viden. Evnen til at afbilde nanodiamanter in vivo ville være nyttig i biologiske undersøgelser, hvor langsigtet cellulær skæbnekortlægning er kritisk, såsom sporing af cirkulerende tumorceller, beta-ø-celler, eller 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 penetrere dybt væv, opnår et effektivt niveau af bløddelskontrast med høj rumlig og tidsrelateret opløsning, og kræver ikke ioniserende stråling. Kontrastmidler bruges i MR, fordi de ændrer afslapningsevnen - en indikator for, hvor stærkt MR-signalet vil være - og forbedrer billedopløsningen. Gadolinium (Gd) er det materiale, der oftest anvendes som MRI-kontrastmiddel, men dens kontrastvirkning kan forbedres.

Meade, Ho og deres kolleger udviklede et Gd-nanodiamant kompleks, der i en række tests, viste en signifikant stigning i afslapningsevne og, på tur, en betydelig stigning i kontrastforøgelse. Gd-nanodiamantkomplekset viste en mere end 10-dobbelt stigning i relaxivitet - blandt den højeste værdi pr. Gd-atom rapporteret til dato. Dette repræsenterer et vigtigt fremskridt i effektiviteten af ​​MR -kontrastmidler.

Ho og Meade afbildede en række forskellige nanodiamantprøver, herunder nanodiamanter dekoreret med forskellige koncentrationer af Gd, udekorerede nanodiamanter, og vand. Det intense signal fra Gd-nanodiamantkomplekset var klarest, når Gd-niveauet var højest. "Nanodiamanter har vist sig at være effektive til at tiltrække vandmolekyler til deres overflade, som kan forbedre afslapningsegenskaberne af Gd-nanodiamond-komplekset, " sagde Ho. "Dette kan forklare, hvorfor disse komplekser er så lyse og så gode kontrastmidler."

Biokompatibiliteten af ​​Gd-nanodiamond-komplekset understreger dets kliniske relevans. Ud over at bekræfte det forbedrede signal produceret af hybriden, forskerne udførte toksicitetsundersøgelser ved hjælp af dyrkede celler. Forskerne fandt en lille indvirkning af hybridkomplekset på cellulær levedygtighed, bekræfter kompleksets iboende sikkerhed og positionerer det som et klinisk signifikant nanomateriale. (Andre nanodiamant billeddannelsesmetoder, såsom fluorescerende nanodiamantmidler, har begrænset vævsgennemtrængning og er mere egnede til histologiske anvendelser.)

Meade, Ho og deres kolleger udfører nu prækliniske undersøgelser med MRI-kontrastmiddel-nanodiamant-hybriden i forskellige dyremodeller. Med et øje 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.

Dette arbejde, som er beskrevet i et papir med titlen, "Gd(III)-Nanodiamond-konjugater til MRI-kontrastforøgelse, " blev støttet af NCI Alliance for Nanotechnology in Cancer, et omfattende initiativ designet til at fremskynde anvendelsen af ​​nanoteknologi til forebyggelse, diagnose, og behandling af kræft. Et sammendrag af denne artikel er tilgængelig på tidsskriftets hjemmeside.