Mere følsom MR -diagnostik takket være innovative elastiske kontrastmedier

Forskere fra Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP) har fundet en ny metode til at opnå billeder af høj kvalitet i magnetisk resonansbilleddannelse (MRI), der kræver mindre kontrastmedium i forhold til nuværende metoder. Det gøres muligt ved at bruge en "elastisk" proteinstruktur, der kan absorbere opløst xenon på en selvregulerende måde:Jo større mængde af denne ædelgas, jo højere billedkvalitet, uden behov for at justere mængden af ​​påført kontrastmedium.

I dag, magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) er en uundværlig metode til diagnosticering af sygdomme og overvågning af behandlingsforløbet. Det skaber snitbilleder af menneskekroppen uden brug af skadelig stråling. Typisk, vandmolekylerne i vævet udsættes for et stærkt magnetfelt. Imidlertid, MR er meget ufølsom og har brug for en høj koncentration af molekyler for at absorbere et brugbart signal. Kontrastmedier bruges ofte til at forbedre diagnostikken med henblik på at detektere specifikke ændringer såsom tumorer mere tydeligt. Imidlertid, selv med disse kontrastmedier, følsomheden af ​​MR kan ikke øges signifikant, og mange markører, der kendes fra cellebiologi, kan ikke påvises under billeddannelse. Udover dette, sikkerheden ved visse kontrastmedier, der indeholder elementet gadolinium, er i øjeblikket genstand for stigende diskussion. "Vi har brug for nye, forbedrede metoder, hvor så lidt kontrastmedium som muligt påvirker så meget af det signaloverførende stof som muligt, som typisk er vand, "siger FMP -forsker Dr. Leif Schröder. Han og hans team har nu opnået et vigtigt gennembrud.

Forskerne har arbejdet i nogen tid på at udvikle kontrastmedier baseret på xenon, en harmløs ædelgas. Gruppen anvender en proces med kraftfulde lasere, hvor xenonen kunstigt magnetiseres og derefter - selv i små mængder - genererer målbare signaler. For at opdage specifikke cellulære sygdomsmarkører, xenon skal være bundet til dem i kort tid. I et samarbejde med forskere fra California Institute of Technology (Caltech) finansieret af Human Frontiers Science Program (HFSP), Dr. Leif Schröder og hans team har nu undersøgt en ny klasse af kontrastmedier, der binder xenon reversibelt. Disse er hule proteinstrukturer produceret af visse bakterier for at regulere dybden, hvormed de flyder i vand, ligner en miniaturiseret svømmeblære i fisk, men på en nanometer skala. Forskningsgruppen ledet af samarbejdspartner Mikhail Shapiro hos Caltech introducerede disse såkaldte "gasblærer" for nogen tid siden som MR-kontrastmedier. Imidlertid, det var endnu ikke kendt, hvor godt de kunne blive "ladet" med xenon.

I undersøgelsen, som er blevet offentliggjort i ACS Nano , begge grupper beskriver nu, hvordan disse vesikler danner et ideelt kontrastmedium:De kan "elastisk" justere deres indflydelse på det målte xenon. "Proteinstrukturerne har en porøs vægstruktur, hvorigennem xenon kan strømme ind og ud. I modsætning til konventionelle kontrastmedier, gasvesiklerne absorberer altid en fast del af xenon, der leveres af miljøet, med andre ord også større beløb, hvis der leveres mere Xe, "Dr. Leif Schröder rapporterer. Denne egenskab kan bruges i MR -diagnostik, fordi der skal bruges mere xenon for at opnå bedre billeder.

Koncentrationen af ​​et konventionelt kontrastmedium skulle også justeres for at opnå en ændring i signalet for alle xenonatomer. Gasblærerne, på den anden side, automatisk fylde op med mere xenon, når dette tilbydes af miljøet. "De fungerer som en slags ballon, hvortil der er tilsluttet en ekstern pumpe. Hvis ballonen er 'oppustet' af xenonatomer, der strømmer ind i gasblæren, dens størrelse ændres ikke, men trykket stiger - ligner et cykeldækrør, "forklarer Dr. Leif Schröder. Fordi der passerer meget mere xenon ind i vesiklerne end med konventionelle kontrastmedier, xenonatomerne kan derefter læses meget bedre op, efter at de har forladt vesiklen igen og viser et ændret signal. Denne måde, billedkontrasten er mange gange højere end baggrundsstøjen, mens billedkvaliteten er væsentligt forbedret.

Disse kontrastmidler kan således også bruges til at identificere sygdomsmarkører, der forekommer i relativt lave koncentrationer. I det videre forløb af samarbejdet de to grupper har til hensigt at teste disse kontrastmedier i indledende dyreforsøg. Den nyopdagede adfærd vil også være en afgørende fordel for at kunne bruge disse meget følsomme kontrastmedier i levende væv. Dr. Leif Schröder og hans team var i stand til at lave de første MR -billeder med partikelkoncentrationer en million gange lavere end de kontrastmedier, der aktuelt anvendes.