Nanoconfinement-konceptet forbedrer sikkerheden af ​​diagnostisk kontrastmiddel

For mere end syv år siden, Albert J. Sinusas, MD, professor i medicin, radiologi, og biomedicinsk teknik, arbejdede sammen med et team af ingeniører for udvikling af en billeddannende polymer til forebyggelse af uønsket ombygning efter et hjerteanfald, da de ved et uheld opdagede, at når jod, et kontrastmiddel, der bruges til røntgenbilleder, er pakket i en nanopartikel, er der større absorption af røntgenstråler, hvilket potentielt forbedrer synlighed.

I udviklingen af ​​dette nye koncept Sinusas, der leder Yale Translational Research Imaging Center (Y-TRIC), vendte sig til Tarek Fahmy, Ph.D., en lektor i biomedicinsk teknik og Dongin (Donoven) Kim, Ph.D., nu assisterende professor ved University of Oklahoma, og en af ​​de første Y-TRIC-elever støttet af en NIH T32-bevilling til træning i multi-modalitet molekylær og translationel kardiovaskulær billeddannelse, som netop er blevet fornyet med yderligere fem års finansiering.

Det Yale-ledede forskerhold fandt ud af, at når pakket i en nanopartikel, CT kontrastmidler, såsom jod, øget absorptionen af ​​røntgenstråler med næsten en størrelsesorden, dermed forbedre følsomheden for billeddannelse og sygdomskarakterisering og potentielt reducere toksicitet sammenlignet med konventionelle kontrastmidler. Sinusas og teamet af ingeniører blev tildelt et patent på dette koncept tidligere i år den 26. januar, 2021.

"Vi opdagede, at når kontrastmidler er lavet til at "crowd" eller klynge sig på nanoskalaen (et par hundrede nanometer), øgede dette den overordnede størrelse af kontrasten på en ikke-lineær måde, hvilket kort fortalt betød, at spredningen af ​​elektromagnetiske bølger blev forstærket. Vi fandt også ud af, at dette simpelthen ikke kun var røntgenforstærkende effekt, men en generel elektromagnetisk bølgeeffekt, betyder optiske bølger, radiobølger, og andre hvor de er blevet forbedret, " sagde Fahmy.

En nanopartikel menes at være under 200 nanometer stor. Når disse små partikler er pakket med jod, de udfylder en væsentlig rolle i computertomografi (CT) medicinsk billeddannelse. CT-scanninger er afhængige af computerbehandlede røntgenstråler og har brede anvendelser inden for medicinsk billeddannelse. Imidlertid, forskere er enige om, at dette diagnostiske værktøj også indebærer en langsigtet risiko for at udvikle sekundære kræftformer på grund af ioniserende stråling. Jod-baserede forbindelser, der almindeligvis anvendes i forbindelse med røntgenbilleder, kan føre til forværring af nyrefunktionen hos patienter med nedsat nyrefunktion. Derfor, brugen af ​​en forbedret konfiguration af disse kontrastmidler kan muliggøre diagnostisk billeddannelse med mindre stråling og en lavere koncentration af den kontrastreducerende samlet toksicitet.

Når det er indesluttet eller begrænset i nanopartikler, kontrastmidlet viste forskellige egenskaber, der forbedrede CT-kontrast og forbedrede billeddannelse. Flere røntgenstråler kunne absorberes, hvilket ville reducere toksiciteten forbundet med høje koncentrationer af disse kontrastmidler. Midlerne er fremstillet af del eller polymerer, der giver forlænget cirkulation og minimal vaskulær permeation, og potentielt forlængede retentionstider, når de leveres ind i hjertemusklen for at forbedre reparation efter skade.

Fordele:

1. Forbedret følsomhed:Øget absorption af røntgenstråler fører til øget følsomhed for kontrastdetektion, lette molekylært målrettet billeddannelse.
2. Lavere risiko for toksicitet:Med forbedret følsomhed, muliggør brug af mindre jod-reducerende toksicitet
3. Integration med FDA godkendte nanomaterialer:Med inkorporering af jod i FDA godkendte polymerer, der er større chance for kommercialisering.

Udforskning af de diagnostiske og terapeutiske muligheder for medicinske billedscannere

Sinusas er forfatter til over 250 peer-reviewede publikationer og har modtaget adskillige patenter relateret til multi-modalitet kardiovaskulær billeddannelse. Den 7. januar, 2020 Sinusas blev tildelt endnu et patent på et kateterbaseret system med en tilbagetrækkelig nål, som han udviklede sammen med Farhad Daghighian, Ph.D., som en minimalt invasiv metode til at detektere molekylært målrettede radiotracere, der bruges til positronemissionstomografi (PET) scanning. Denne kateterbaserede teknologi kan bruges til at vejlede leveringen af ​​ioderede theranostiske polymerer til forebyggelse af uønsket ombygning efter et hjerteanfald.

Sinusas og John Stendahl, MD, Ph.D., også en tidligere T32-elev, tester nu anvendelserne af gruppebaserede kontrastmidler til at forbedre billedevnen af ​​bioresorberbare stents, og andre fremtidige billedteknologier, til tidlig sygdomsdetektion og vejledende terapi.

For nylig, Kim var medforfatter til et papir, der undersøgte fordelene ved nanoindeslutning. Manuskriptet "Nanoconfinement-medieret cancerterapi, " blev offentliggjort 27. januar i Arkiv for lægemiddelforskning .