Metalfri nanopartikel kan udvide brugen af ​​MR, tumor påvisning

Hvad har nyfødte og mennesker med nyreproblemer til fælles?

Hvad der kan lyde som opsætningen til en vittighed, har faktisk et klinisk svar:Begge grupper kan stå over for sundhedsrisici, når de injiceres med metalholdige midler, der nogle gange er nødvendige for at forbedre farvekontrasten-og diagnostisk værdi-af MR'er.

Men en ny metalfri nanopartikel udviklet af University of Nebraska-Lincoln og MIT kunne hjælpe med at omgå disse sundheds- og aldersrelaterede barrierer for det kraftfulde diagnostiske værktøj, som læger bruger til at undersøge eller bekræfte en lang række medicinske spørgsmål.

Holdets nanopartikel indeholder et ikke-metallisk molekyle, der forbedrer MRI-kontrasten for at hjælpe med at skelne mellem kropsvæv, en opgave, der typisk udføres af kontrastmidler indeholdende gadolinium eller andre metaller.

Det overlevede også længe nok til at samle sig omkring tumorer i mus, hvilket tyder på, at nanopartiklen kan hjælpe med at opdage kræftsygdomme såvel som dets metalliske modstykker og samtidig fjerne bekymringer om den langsigtede ophobning af metal i kroppen.

Kontrast i stilarter

Molekylerne, der findes i holdets nanopartikel, tilhører en familie kendt som nitroxiderne, som er blandt de mest lovende alternativer til de metalliske midler, der ofte injiceres i patienter, inden de gennemgår MR.

Men antioxidanter i kroppen begynder typisk at nedbryde nitroxider inden for få minutter, begrænser, hvor længe de kan forstærke kontrasten af ​​en MR. Og holdets interessemolekyle – et såkaldt organisk radikal – har kun en enkelt elektron, et faktum, der normalt hæmmer, hvor meget kontrast det kan producere.

Gadolinium og andre metaller besidder flere elektroner, der hjælper dem med at påvirke, hvordan de magnetiske bølger, der produceres af en MR, interagerer med vandmolekyler i væv. Denne magnetiske påvirkning, eller afslapning, i sidste ende dikterer styrken af ​​kontrastsignaler, der bliver konverteret til de velkendte flerfarvede MRI'er.

Så Nebraska-kemikeren Andrzej Rajca begyndte at samarbejde med kolleger ved MIT for at designe en metalfri nanopartikel, der ville udvise stabilitet og afslapningsevne sammenlignelig med gadoliniums. Rajca har tidligere designet et nitroxid, der, når de er indlejret i relativt små nanopartikler, udviste en afslapningsevne flere gange større end sine forgængere.

Denne gang, MIT-forskere inkorporerede Rajcas nitroxid i en stor nanopartikel kendt som en børstearm-stjernepolymer. Processen involverede at samle polymerer til en sfærisk struktur med en vandtiltrækkende kerne og vandafvisende skal, derefter klemme mængder af nitroxidmolekyler mellem den kerne og skal.

Teamet fandt ud af, at pakning af så mange nitroxider i så trange kvartaler effektivt multiplicerede deres individuelle afslapningsværdier, resulterer i en nanopartikel med en afslapningsevne omkring 40 gange højere end en typisk nitroxid.

"Du behøver ikke meget af det (nye) kontrastmiddel for at se et godt billede, " sagde Rajca, Charles Bessey Professor i kemi.

Nanopartiklernes polymerskal hjalp også med at bremse fremgangen af ​​de forstyrrende antioxidanter nok til at forlænge nitroxidernes levetid fra cirka to timer til 20. Ved at injicere mus med deres middel, forskerne viste, at nanopartiklens levetid og store størrelse gør det muligt at nå tumorer og adskille dem fra normalt væv. Selv i doser, der er større end dem, der typisk er nødvendige for MRI'er, holdets kontrastmiddel viste ingen tegn på toksicitet i humane celler eller mus.

Holdet beskrev sit arbejde i journalen ACS Central Science .