Metalfrit MR-kontrastmiddel kan være mere sikkert for nogle patienter

For at øge synligheden af ​​organer, når de scannes med magnetisk resonansbilleddannelse (MRI), patienter injiceres normalt med en forbindelse kendt som et kontrastmiddel, før de går ind i scanneren. De mest almindeligt anvendte MR-kontrastmidler er baseret på metallet gadolinium; imidlertid, disse metalforbindelser kan være skadelige for små børn eller personer med nyreproblemer.

Forskere fra MIT og University of Nebraska har nu udviklet et metalfrit kontrastmiddel, der kunne være sikrere at bruge i disse højrisikogrupper. I stedet for metal, denne forbindelse indeholder organiske molekyler kaldet nitroxider.

Desuden, det nye middel kunne bruges til at generere mere informative MR-scanninger af tumorer, fordi det kan akkumulere på et tumorsted i mange timer uden at forårsage skade.

"Dette er en helt organisk, metalfrit MR-kontrastmiddel, der ville gøre det muligt for kræftforskere at begynde at tænke på, hvordan man kan afbilde tumorer på en dynamisk måde over lange perioder, " siger Jeremiah Johnson, Firmenich karriereudviklingslektor i kemi ved MIT.

Johnson er seniorforfatter af undersøgelsen, som står i journalen ACS Central Science . Avisens hovedforfatter er MIT kandidatstuderende Hung Nyugen. Andre MIT-forfattere er tidligere postdoc Qixian Chen, postdoc Peter Harvey, kandidatstuderende Yivan Jiang, og professor i biologisk ingeniørvidenskab Alan Jasanoff.

Alternativer til metal

MR-scanninger er ofte afhængige af kontrastmidler, der interagerer med vand, indflydelse på, hvordan vandmolekylerne reagerer på et magnetfelt. Kontrastmidler, der udøver en stærk virkning, siges at have høj "afslapningsevne, " som øger den visuelle kontrast mellem målorganet og det omgivende væv.

De fleste MR-kontrastmidler er baseret på gadolinium, som har meget høj afslapningsevne. Disse stoffer udskilles normalt af nyrerne inden for cirka en halv time, så de kan ikke bruges til mennesker med visse typer af nyreproblemer, fordi gadolinium vil opbygge sig og forværre nyreskaden. Nogle midler anses også for at være potentielt usikre at bruge til babyer.

"Gadolinium-midler er langt de mest brugte, klinisk, " siger Jasanoff. "Men, folk har nogle sikkerhedsmæssige betænkeligheder ved dem, trods deres brede anvendelse. Der har været interesse for at gå til ikke-gadoliniumholdige kontrastmidler."

Mindre ofte anvendes kontrastmidler fremstillet af jernoxidnanopartikler, som anses for noget sikrere, fordi kroppen allerede indeholder jern. Men nogle af disse har også skabt sikkerhedsproblemer for nylig.

Som et muligt alternativ, forskere har forsøgt at udvikle ikke-metalliske midler såsom organiske radikaler, som er organiske forbindelser, der har uparrede elektroner. Imidlertid, disse forbindelser har tendens til at være meget ustabile, så de nedbrydes normalt i blodbanen inden for få minutter. Også, disse molekyler har generelt kun én uparret elektron, så de producerer ikke så meget MR-kontrast som metalmidler.

I en undersøgelse offentliggjort i 2014, Johnson og hans kolleger forsøgte at forbedre relaksiviteten af ​​nitroxidradikaler ved at samle dem i en struktur kendt som en flaskebørstepolymer. Dette forbedrede deres stabilitet og afslapning, men ikke nok til billeddannelse over lange tidsperioder, hvilket ofte er nødvendigt ved billeddannelse af kræft. I det nye blad, forskerne indlæste nitroxidmolekylerne i en anden type polymerstruktur kendt som en børstearmsstjernepolymer (BASP). Denne struktur består af mange polymerkæder arrangeret således, at den sfæriske partikel har en hydrofil (vandtiltrækkende) kerne omgivet af hydrofob (vandafvisende) skal.

Forskerne fandt ud af, at skabelsen af ​​en høj tæthed af nitroxidmolekyler ved grænsefladen mellem skallen og kernen af ​​nanopartiklerne i høj grad øgede MRI-relaksiviteten af ​​den samlede partikel, til et niveau svarende til det for metalbaserede midler.

Polymerskallen beskytter også radikalerne mod at blive nedbrudt i blodbanen. Partiklerne er stabile nok til at holde i blodbanen i op til 20 timer, længe nok til at ophobes i en tumor hos mus. Forskerne viste også, at nitroxidet BASP nanopartikler ikke er skadelige for mus selv ved meget høje doser.

Langtidsovervågning

Johnson siger, at disse partikler kunne designes til at bære lægemidler såvel som et MRI-kontrastmiddel, hvilket ville give mulighed for langsigtet billeddannelse af en tumor for at overvåge, om lægemidlet krymper den. Han arbejder også sammen med forskere ved MIT's Koch Institute for Integrative Cancer Research for at binde kontrastmiddelpartiklerne til antistoffer, der vil hjælpe dem med at målrette specifikke celler til billeddannelse og muligvis lægemiddellevering.

En anden mulighed er at binde kontrastmidlet til immunceller, der er udviklet til at angribe en patients tumor, gør det muligt at spore cellerne inde i kroppen. "Vi forsøger at lave partikler, som vi kan docke på celler og derefter se cellerne bevæge sig in vivo, " siger Johnson.

Hans laboratorium arbejder også på forbedrede versioner af kontrastmidlet, som har en endnu højere tæthed af nitroxid, dermed forbedre deres afslapningsevne og forbedre MRI-kontrasten endnu mere.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.