Reimagining MRI בניגוד: ברזל עולה בביצוע gadolinium

How one musician is reimagining hospital sounds (יולי 2019).

Anonim

מדעני הננו-רייס של אוניברסיטת רייס הוכיחו שיטה להעמסת הברזל בתוך חלקיקים כדי ליצור סוכני MRI, המביאים לביצועים גבוהים יותר של gadolinium chelates, סוכן הניגוד העיקרי שעומד בפני בדיקה מוגברת בשל חששות בטיחות פוטנציאליים.

"האפשרות של חיסול החשיפה גדוליניום מקבל שיפור פי שניים ביצועים M1 בניגוד MRI הולך תככים רדיולוגים, " אמרה רייס נעמי חלאס, החוקר הראשי על הפרויקט. "כשהם שומעים שעשינו את זה עם ברזל אני מצפה שהם יהיו מאוד מופתעים."

תרופות ניגוד הן תרופות שמשפרות תמונות MRI ומקלות על רדיולוגים לפרש. רדיולוגים יכולים "משקל" את התוצאות של MRI ולעשות רקמות ספציפיות להופיע בהיר או כהה יותר על ידי שינוי תנאי הבדיקה. שתי טכניקות ניפוח - T1 ו- T2 משמשים. בעוד מבוססי ברזל מבוססי סוכנים מועסקים לעתים קרובות עבור T2 סריקות, יש כמה חלופות זמין קלינית כדי gadolinium עבור בדיקות T1.

"הברזל אינו חדש, "אמר חלאס. "ההערכה הרווחת היא כי הם לגמרי לא מעשי עבור ניגודיות T1, אבל המחקר הזה הוא דוגמה מושלמת של איך דברים שונים יכולים להתנהג כאשר אתה מהנדס ב הננו."

חלאס ועמיתיו מרייס ומרכז הסרטן של אוניברסיטת אנדרסון מאוניברסיטת טקסס מתארים את ממצאיהם בעיתון הזמין באופן מקוון ב- American Society Chemical ACS Nano. במחקר, הם יצרו גרסה שונה של nanomatryoshkas, חלקיקים מרוכבים חלקיקים כי לצייר את שמם מן הבובות הקינון הרוסי.

Nanomatryoshkas ו nanoshells, עוד ננו-חלקיקים חלקיקים שהומצאו על ידי רייס לפני יותר מ -20 שנה, הם כ 20 פעמים קטן יותר תא דם אדום מורכב משכבות של מוליך מתכת מוליך סיליקה שאינם מוליכים. על ידי שינוי עובי השכבות, צוות חלאס מנגן את החלקיקים כדי לתקשר עם אורכי גל ספציפיים של אור. לדוגמה, הן nanoshells ו nanomatryoshkas יכול להמיר אחרת כמעט בלתי מזיק אור אינפרא אדום לחום. חימום מקומי אינטנסיבי זה שימש להשמדת הסרטן במספר ניסויים של ננו-שפל, כולל ניסוי מתמשך לטיפול בסרטן הערמונית.

המחקר החדש הוא הפרק האחרון במאמציה של חלאס ליצור חלקיקים מופעלי אור עם שילוב של תכונות טיפוליות ואבחון. חלקיקים "תרמוסטיים" אלה יכולים לאפשר לרופאים לאבחן ולטפל בסרטן באותו ביקור בבית החולים או בבית החולים.

לוק הנדרסון, סטודנט לתואר ראשון של רייס ומנהיג ראשי של ה- ACS Nano, אמר: "אם הקלינאים יכולים לדמיין את החלקיקים באמצעות הדמיה כלשהי, הטיפול יכול להיות מהיר ויעיל יותר. לדוגמה, דמיינו תרחיש שבו מתבצעת סריקה כדי לאמת את הגודל ואת המיקום של הגידול, החום נוצר לאחר מכן כדי לטפל בגידול וסריקה נוספת הבאה כדי לוודא כי הגידול כולו נהרס. "

כאשר Henderson, כימאי, הצטרף למעבדה של Halas עבור Nanophotonics בשנת 2016, צוות של Halas כבר הוכיח שהוא יכול להוסיף צבעי ניאון כדי nanomatryoshkas כדי להפוך אותם גלויים סריקות אבחון. העבודה היתה גם בעיצומה על מחקר שפורסם בשנת 2017, כי הראה chelates גדוליניום יכול להיות מוטבע בשכבת סיליקה עבור MRI בניגוד.

MRI סורקים תמונה של הגוף של הגוף על ידי תיאום קצר גרעיני אטומי מימן ומדידת כמה זמן זה לוקח את הגרעינים כדי "להירגע" למצב מנוחה שלהם. מאפייני הרפיה משתנים רקמות, ועל ידי יישור שוב ושוב גרעינים ומדידת זמני הרפיה, סורק MRI בונה תמונה מפורטת של האיברים בגוף, רקמות ומבנים. חומרי ניגוד לשפר את רזולוציית הסריקה על ידי הגדלת שיעור הרפיה של חלקיקים.

Gadolinium chelates מהפכה MRI בדיקות כאשר הם הציגו את בסוף 1980 ו נעשה שימוש יותר מ 400 מיליון פעמים. למרות גדוליניום הוא מתכת רעילה, תהליך chelating מכסה כל יון גדוליניום עם עטיפה אורגנית המפחית את החשיפה ומאפשר התרופה לעבור מהגוף באמצעות השתנה בתוך מספר שעות

בשנת 2013, מדענים יפנים עשו את התגלית המפתיעה כי גדוליניום מ סוכני בניגוד צבר במוחם של חלק מהחולים, ומחקרים לאחר מכן מצאו הפיקדונות דומים בעצמות ואיברים אחרים. למרות שלא היו השפעות בריאותיות שליליות קשורות לסוכני MRI המבוססים על Gadolinium, ה- FDA דרשו מחברות התרופות להוסיף אזהרות למדריכי התרופות עבור שמונה סוכני ניגוד המבוססים על Gadolinium בדצמבר 2017.

"בעבודה קודמת עם גדוליניום, שמנו לב כי העיצוב nanomatryoshka משופרת relaxivities של chelates gadolinium מוטבע, " אמר הנדרסון. "יחד עם זאת, שמענו עוד קריאות מהקהילה הרפואית לחלופות לגדוליניום, והחלטנו לנסות צ'לאטים מברזל ולבדוק אם יש לנו אותו שיפור".

התוצאות הפתיעו את כולם. לא רק היה הנדרסון מסוגל להגביר את relaxivities ברזל, הוא היה מסוגל לטעון על ארבע פעמים יותר ברזל לתוך nanomatryoshkas כל. זה איפשר nanomatryoshkas ברזל עמום לבצע פעמיים כמו גם קלינית זמין chelates גדוליניום.

הנדרסון גם מצא דרך כללית לשנות את סוג המתכת הטעונה. על ידי הוספת מולקולות Chelate פורקה לסיליקה הראשון, הוא מצא שהוא יכול לטעון מתכת על ידי השריית החלקיקים באמבטיה של מלחי מתכת. על ידי שינוי המתכות באמבטיה, הוא מצא שהוא יכול בקלות לטעון יונים פרמגנטיים שונים, כולל מנגן, לתוך nanomatryoshkas.

לאחר יונים מתכת נטענים לתוך סיליקה, השכבה האחרונה של nanomatryoshka, את מעטפת הזהב החיצוני, נוספה. הפגז, שהוא חיוני עבור plasmonics, משמש גם מחסום כדי למנוע יון leeching. לדברי הנדרסון, למכשול הזהב יש יתרון משני לצבעי הפלואורסצנט שהוסיף לאבחון מצב כפול.

"כל צבעי הפלורסנט כפופים להלבנת תמונות, מה שאומר שהם מתפוגגים עם הזמן ובסופו של דבר לא יתנו אות מדידה", אמר הנדרסון. "גם אם אתה מקפיא אותם, מה שמאיט את הלבנה, הם בדרך כלל לא מחזיקים מעמד יותר משבועיים, הייתי מסתכל על מדגם ישן של ננו-מטריושקות שנמצא במקרר במשך חודשים, ומצאתי שהם עדיין זורמים כאשר הסתכלנו מקרוב על זה מצאנו את הצבעים היו כ 23 פעמים יציבה יותר כאשר הם היו בתוך nanomatryoshkas. "

menu
menu