211service.com
Nowy związek poprawia środki kontrastowe MRI
Rezonans magnetyczny (MRI) stał się nieodzownym medycznym narzędziem diagnostycznym ze względu na jego zdolność do tworzenia szczegółowych, trójwymiarowych obrazów tkanki ciała. Radiolodzy często wstrzykują pacjentom środki kontrastowe, aby niektóre tkanki, takie jak guzy, bardziej wyróżniały się na końcowym obrazie. Teraz naukowcy zsyntetyzowali środek kontrastowy do rezonansu magnetycznego, który jest 15 razy czulszy niż obecnie stosowane związki. Mogłoby to pozwolić na użycie mniejszej ilości środka kontrastowego, zmniejszając w ten sposób możliwość wystąpienia szkodliwych skutków ubocznych.
Piramida nano: Jony gadolinu (zielony) są chemicznie połączone z powierzchnią nanodiamentu, tworząc środek kontrastowy do rezonansu magnetycznego 15 razy czulszy niż obecnie.
Naukowcy stworzyli nowy związek chemiczny, łącząc jony gadolinu z nanodiamentami – malutkimi skupiskami atomów węgla o średnicy zaledwie kilku nanometrów. Gadolin, metal ziem rzadkich, jest stosowany w środkach kontrastowych do rezonansu magnetycznego ze względu na jego silne właściwości paramagnetyczne (magnetyzm w odpowiedzi na przyłożone pole magnetyczne). Ale sam gadolin jest toksyczny, więc musi być połączony z innymi, biokompatybilnymi cząsteczkami, aby można go było stosować klinicznie. Wiele grup próbowało poprawić właściwości środków kontrastowych na bazie gadolinu, dołączając metal do różnych materiałów, od dużych cząsteczek organicznych po nanocząsteczki.
Zrobiliśmy to z wieloma klasami nanocząstek i nigdy nie widzieliśmy tak niezwykłego wzrostu czułości, mówi Thomas J. Meade , profesor chemii Eileen M. Foell i dyrektor Centrum Zaawansowanego Obrazowania Molekularnego na Northwestern University. On i jego koledzy opublikowali swoje odkrycia online w Litery nano w zeszłym miesiącu.
Meade współpracował z Dziekan Ho , adiunkt inżynierii biomedycznej i mechanicznej w Northwestern oraz jego grupa, która bada nanodiamenty jako nośniki dostarczania leków. W przeciwieństwie do niektórych nanomateriałów węglowych, Ho twierdzi, że nanodiamenty są dobrze tolerowane przez komórki i nie zmieniają ekspresji genów w niekorzystny sposób. Naukowcy połączyli nanodiamenty z gadolinem i przetestowali właściwości powstałego kompleksu, aby ocenić, jak dobry może być środek kontrastowy do rezonansu magnetycznego.
MRI działa poprzez otaczanie pacjenta silnym polem magnetycznym, które wyrównuje jądra atomów wodoru w ciele. Impulsy fal radiowych systematycznie badają małe fragmenty tkanek, wytrącając te atomy z linii. Kiedy wracają do poprzedniego stanu, atomy emitują sygnał o częstotliwości radiowej, który można wykryć i przełożyć na obraz.
Ze względu na swoje silne właściwości paramagnetyczne, gadolin zmienia relaksację atomów wodoru, gdy jest w pobliżu. Środki kontrastowe zawierające gadolin można zaprojektować tak, aby gromadziły się preferencyjnie w guzach, zwiększając w ten sposób kontrast między guzem a otaczającą tkanką. Zdolność środka kontrastowego do zmiany relaksacji atomów wodoru jest wyrażona jako relaksacyjność, która odpowiada za czas relaksacji i stężenie gadolinu w tkankach.
Wysoka relaksacyjność związku gadolin-nano diamentu można częściowo przypisać jego zdolności do przyciągania wody, co pomaga wzmocnić sygnał MRI. Jeśli spojrzysz na kształt nanodiamentu, wygląda on jak piłka do piłki nożnej, ale ma bardziej kanciaste twarze, mówi Ho. Nie jest całkowicie okrągły. Różne ścianki mają naprzemienne ładunki dodatnie i ujemne, co pomaga ukierunkować cząsteczki wody w taki sposób, aby tworzyły szczelną powłokę wodną wokół nanodiamentu.
Naukowcy przetestowali diament gadolinowo-nano na różnych typach komórek w laboratorium i nie znaleźli dowodów na toksyczność. Następnym krokiem, jak mówi Ho, jest przetestowanie bezpieczeństwa i skuteczności związku jako środka kontrastowego u zwierząt. Jesteśmy podekscytowani, widząc, jaki rodzaj zwiększonej wydajności możemy uzyskać, mówi Ho.
Myślę, że to bardzo ciekawy system, mówi Kenneth N. Raymond , profesor chemii na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley. Oczywiście mają wzrost relaksacji o jeden rząd wielkości, co jest dość znaczące. Jak mówi, wielu badaczy próbowało przyłączyć jony gadolinu do związków o dużej masie cząsteczkowej, takich jak białka i dendrymery. Mały nano diament, o ile wiem, jest całkiem nowy i, jak sądzę, bardzo sprytny.
Obecnie radiolodzy muszą wstrzyknąć pacjentowi kilka gramów gadolinu, aby uzyskać dobry kontrast w badaniu MRI. Raymond mówi, że zwiększając czułość środka kontrastowego dziesięciokrotnie, można użyć jednej dziesiątej więcej gadolinu. W klinice istnieje wiele obaw związanych z toksycznością gadolinu w przypadku niektórych grup pacjentów. Toksyczność jest bardzo ściśle związana z dawką.