Silicium mikropartikler, gadonanorør lover store fremskridt for medicinsk billeddannelse

En rede for nanorør kan hjælpe magnetisk resonansbilleddannelse til at blive bedre end nogensinde til at finde tegn på sygdom.

Forskere ved Rice University og andre Texas Medical Center-institutioner og kolleger i Colorado, Italien og Schweiz har opdaget en måde at fange kontrastmidler inde i en siliciumpartikel, når det injiceres i en patients blodbane, ville gøre dem op til 50 gange mere effektive. Kontrastmidler "lyser op" beskadiget væv i kroppen i billeder produceret af MR-instrumenter.

"At gøre MRI'er bedre er ikke en lille sag, " sagde Lon Wilson, professor i kemi ved Rice og en af ​​tre seniormedforfattere til forskningspapiret offentliggjort online i Natur nanoteknologi . I 2007 28 millioner MR-scanninger blev udført i USA, og kontrastmidler blev brugt i næsten 45 procent af dem.

"MRI er et af de mest kraftfulde medicinske værktøjer til billeddannelse, hvis ikke den mest magtfulde, " sagde han. "Det er ikke invasivt, det er ikke ioniserende skadelig stråling, og opløsningen er den bedste, du kan få inden for medicinsk billeddannelse.

"Følsomheden, imidlertid, er fattig. Så alt, hvad du kan gøre for at forbedre ydeevnen og øge følsomheden, er en stor ting - og det er, hvad dette gør."

En skive silicium i nanostørrelse formet som en hockeypuck tjente som leveringsanordning til kontrastmidler i undersøgelsen. Porer, der kun var nanometer (milliarddele af en meter) lange og brede blev skabt i skiverne, kaldet silicium mikropartikler, eller SiMP'er.

Tre typer kontrastmidler blev trukket ind i porerne. Magnevist, et almindeligt kontrastmiddel, der bruges over hele verden, var en; de andre var gadofullerener og gadonanorør, begge banebrydende af Wilson's Rice lab. Alle tre binder det giftige grundstof gadolinium kemisk for at gøre det sikkert til injektion.

MRI'er virker ved at manipulere brintatomer i vand, som interagerer og justerer med det påførte magnetfelt fra instrumentet. Brintatomerne får derefter lov til at vende tilbage til deres oprindelige magnetiske tilstand, en proces kaldet afspænding. I nærvær af den paramagnetiske gadoliniumion, atomernes afslapningstid forkortes, gør disse områder lysere mod baggrunden under MR.

SiMP'er er små - omkring en mikrometer (en milliontedel meter) på tværs - men når de fanger både vandmolekyler og bundter af nanorør indeholdende gadolinium, protonerne fremstår meget lysere på et MR-billede. Fordi SiMP'er holder deres form i op til 24 timer, før de opløses i harmløs kiselsyre, molekylerne kan afbildes i lang tid.

Tricket er at få dem til steder i kroppen, som læger og teknikere gerne vil se. Wilson sagde, at SiMP'er er designet til at undslippe blodbanen, hvor de lækker og aggregerer på steder med tumorer og læsioner. "Sfæriske partikler, i hvert fald i matematiske modeller, strømme ned i midten af ​​vaskulaturen, " sagde han. "Disse partikler er designet til at omfavne væggen. Når de støder på et utæt område som en kræftsvulst, de kan nemt komme ud."

Indkapslingen i SiMP'er forbedrede ydeevnen af ​​alle tre kontrastmidler, men SiMP'er med gadonanorør (kulstofnanorør, der indeholder bundter af gadoliniumioner) viste de bedste resultater. "Ydeevnen blev forbedret ud over, hvad vi havde forestillet os, " han sagde.

SiMP'er kan også funktionaliseres med peptider, der er målrettet mod cancer og andre celler. SiMP'er, der indeholder kontrastmidler og medicin, kan potentielt spores, når de kommer ind på sygdomssteder, hvor medicin vil blive frigivet, når silicium opløses.