Peptidbelægninger booster jernoxidbaserede partikler til diagnostisk magnetisk resonansbilleddannelse

Kræft bliver lettere at opdage og diagnosticere tidligt ved hjælp af magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) takket være A*STAR-forskere, der har udviklet biokompatible jernoxid-nanopartikelkontrastmidler¹.

Mens gadolinium-baserede forbindelser har vist sig effektive som kontrastmidler til at forbedre signal-til-støj-forholdet under MRI, de kan forårsage bivirkninger såsom nefrogen systemisk fibrose, der kan påvirke patienter med nedsat nyrefunktion. Jernoxidnanopartikler er dukket op som lavrisikoalternativer. I komplekse biologiske miljøer, imidlertid, disse nanopartikler har tendens til at nedbrydes, samlet, og klæber til andre stoffer, hvilket reducerer deres magnetiske aktivitet.

For at afhjælpe dette problem, et hold ledet af David Paramelle, fra A*STAR Institute of Materials Research and Engineering, har udviklet peptidbelægninger, der forhindrer nedbrydning og aggregering af nanopartikler, mens de letter biokompatibiliteten. Disse belægninger er afgørende for overgangen af ​​jernoxidbaserede kontrastmidler til klinisk anvendelse.

Bygger på deres omfattende erfaring med peptid-coatede sølv- og guldnanopartikler, forskerne skabte et bibliotek af korte peptider og deponerede disse forbindelser på jernoxidnanopartiklerne for at producere forskellige enkeltlagsfilm. De syntetiserede også analoge ligander for at udfylde ethvert hul mellem peptider på nanopartikeloverfladen og generere blandede belægninger.

Hvert peptid omfattede en stamme forbundet til en 'fod' og et 'hoved' i hver ekstremitet. Mens foden forankrede peptidet til nanopartiklerne, det alkoholfunktionaliserede hoved stabiliserede nanopartiklerne og stoppede uønskede interaktioner med miljøet.

"Den vanskelige del var at finde en fod med høj bindingsstyrke, " forklarede Paramelle, fordi, jernoxid -nanopartiklerne præsenterede en anden kemi på trods af deres lignende sfæriske geometri og størrelse til nanopartikler af guld og sølv. "

"For at designe peptiderne, vi skulle tilbage til tegnebrættet, siger Paramelle, bemærker, at skift fra ædelmetaller, som fortrinsvis binder til svovlholdige molekyler, til jernoxid udvidede rækken af ​​funktionelle grupper, der fungerede som en fod, til at omfatte fosfater og carboxylsyrer.

Gennem stadig mere strenge tests, forskerne vurderede hver films evne til at stabilisere nanopartiklerne under biologiske forhold og samtidig bevare deres magnetiske egenskaber. De opdagede, at peptider og ligander, der bærer to fosfatgrupper ved foden, klarede sig bedst i nærværelse af leverkræftceller. De peptidovertrukne nanopartikler klarede sig bedre end kommercielt tilgængelige kontrastmidler uden at ødelægge celler in vitro, og kraftigt forbedrede kontrasten mellem tumorøst og sundt væv under in vivo MRI, når det blev injiceret i mus med levercancer.

Paramelles team undersøger måder at udvide anvendelsen af ​​deres system til andre kræftformer, især brystkræft. "Vi planlægger at funktionalisere nanopartiklerne med antistoffer og kontrollere antallet af disse antistoffer på nanopartikeloverfladen, " han siger.