Nye jernoxidnanopartikler kunne hjælpe med at undgå en sjælden bivirkning forårsaget af nuværende kontrastmidler til MR

En ny, specielt coatede jernoxidnanopartikler udviklet af et team på MIT og andre steder kunne give et alternativ til konventionelle gadolinium-baserede kontrastmidler, der bruges til magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) procedurer. I sjældne tilfælde, de aktuelt anvendte gadolinium-midler har vist sig at give bivirkninger hos patienter med nedsat nyrefunktion.

Fremkomsten af ​​MR -teknologi, som bruges til at observere detaljer om specifikke organer eller blodkar, har været en enorm velsignelse for medicinsk diagnostik gennem de sidste par årtier. Omkring en tredjedel af de 60 millioner MR-procedurer, der udføres årligt på verdensplan, bruger kontrastfremmende midler, for det meste indeholder grundstoffet gadolinium. Selvom disse kontrastmidler for det meste har vist sig sikre gennem mange års brug, nogle sjældne, men betydelige bivirkninger har vist sig hos en meget lille undergruppe af patienter. Der kan snart være en sikrere erstatning takket være denne nye forskning.

I stedet for gadoliniumbaserede kontrastmidler, forskerne har fundet ud af, at de kan producere lignende MRI-kontrast med bittesmå nanopartikler af jernoxid, der er blevet behandlet med en zwitterion-belægning. (Zwitterioner er molekyler, der har områder med både positive og negative elektriske ladninger, som annullerer for at gøre dem neutrale generelt.) Resultaterne offentliggøres i denne uge i Proceedings of the National Academy of Sciences , i et papir af Moungi Bawendi, Lester Wolfe professor i kemi ved MIT; Han Wei, en MIT postdoc; Oliver Bruns, en MIT-forsker; Michael Kaul ved University Medical Center Hamburg-Eppendorf i Tyskland; og 15 andre.

Kontrastmidler, injiceret i patienten under en MR-procedure og designet til hurtigt at blive fjernet fra kroppen af ​​nyrerne bagefter, er nødvendige for at lave fine detaljer af organstrukturer, blodårer, og andre specifikke væv tydeligt synlige på billederne. Nogle midler producerer mørke områder i det resulterende billede, mens andre producerer lyse områder. De primære midler til fremstilling af lyse områder indeholder gadolinium.

Jernoxidpartikler er i vid udstrækning blevet brugt som negative (mørke) kontrastmidler, men radiologer foretrækker i høj grad positive (lyse) kontrastmidler såsom gadolinium-baserede midler, da negativ kontrast undertiden kan være vanskelig at skelne fra visse billeddannende artefakter og indre blødninger. Men mens de gadolinium-baserede midler er blevet standarden, beviser viser, at de i nogle meget sjældne tilfælde kan føre til en tilstand, der ikke kan behandles, kaldet nefrogen systemisk fibrose, hvilket kan være fatalt. Ud over, beviser viser nu, at gadolinium kan opbygges i hjernen, og selvom ingen virkninger af denne opbygning endnu er blevet påvist, FDA undersøger det for potentiel skade.

"I løbet af det sidste årti, flere og flere bivirkninger er kommet frem "fra gadoliniummidlerne, Bruns siger, så det fik forskerholdet til at søge efter alternativer. "Ingen af ​​disse problemer eksisterer for jernoxid, "i det mindste ingen, der endnu er blevet opdaget, han siger.

Det vigtigste nye fund fra dette hold var at kombinere to eksisterende teknikker:fremstilling af meget små partikler af jernoxid, og vedhæftning af visse molekyler (kaldet overfladeligander) til ydersiden af ​​disse partikler for at optimere deres egenskaber. Den uorganiske jernoxidkerne er lille nok til at producere en udtalt positiv kontrast i MR, og den zwitterioniske overfladeligand, som for nylig blev udviklet af Wei og kolleger i Bawendi-forskningsgruppen, gør jernoxidpartiklerne vandopløselige, kompakt, og biokompatibel.

Kombinationen af ​​en meget lille jernoxidkerne og en ultratynd ligandskal fører til en samlet hydrodynamisk diameter på 4,7 nanometer, under tærsklen for renal clearance på 5,5 nanometer. Det betyder, at det belagte jernoxid hurtigt bør rydde gennem nyrerne og ikke samle sig. Denne renale clearance-egenskab er en vigtig egenskab, hvor partiklerne fungerer sammenligneligt med gadolinium-baserede kontrastmidler.

Nu hvor de første test har vist partiklernes effektivitet som kontrastmidler, Wei og Bruns siger, at det næste trin vil være at foretage yderligere toksikologisk test for at vise partiklernes sikkerhed, og at fortsætte med at forbedre materialets egenskaber. "Det er ikke perfekt. Vi har mere arbejde at gøre, " siger Bruns. Men fordi jernoxid er blevet brugt i så lang tid og på så mange måder, selv som et jerntilskud, eventuelle negative virkninger kan sandsynligvis behandles med veletablerede protokoller, siger forskerne. Hvis alt går godt, teamet overvejer at oprette en startup-virksomhed for at bringe materialet i produktion.

For nogle patienter, der i øjeblikket er udelukket fra at få MR på grund af potentielle bivirkninger af gadolinium, de nye midler "kunne gøre det muligt for disse patienter at være kvalificerede igen" til proceduren, siger Bruns. Og, hvis det viser sig, at ophobning af gadolinium i hjernen har negative virkninger, en generel udfasning af gadolinium til sådanne anvendelser kunne være nødvendig. "Hvis det skulle vise sig at være tilfældet, dette kunne potentielt være en komplet erstatning, " han siger.

Forskerholdet omfattede forskere i MIT's kemi, biologisk teknik, nuklear videnskab og teknik, hjerne- og kognitionsvidenskab, og materialevidenskabelige og tekniske afdelinger og dets program i sundhedsvidenskab og teknologi; og ved University Medical Center Hamburg-Eppendorf; Brown University; og Massachusetts General Hospital. Det blev støttet af MIT-Harvard NIH Center for Cancer Nanotechnology, Army Research Office gennem MIT's Institute for Soldier Nanotechnologies, det NIH-finansierede Laser Biomedical Research Center, MIT Deshpande Center, og Den Europæiske Unions syvende rammeprogram.