MRI kontrastını yeniden düzenleme: Demir gadolinyumdan daha iyi performans gösterir.
Rice Üniversitesi nanobilimciler, potansiyel güvenlik kaygıları nedeniyle artan incelemeye maruz kalan temel kontrast ajanı olan gadolinyum şelatlarını geride bırakan MRI kontrast ajanları oluşturmak için nanopartiküllerin içine demir yüklenmesi için bir yöntem gösterdi.
Projenin baş araştırmacısı Rice'ın Naomi Halas, “Gadolinyum maruziyetini ortadan kaldırma ve T1 MRI kontrast performansında iki kat bir iyileşme olasılığı entrika radyoloğuna gidiyor” dedi. "Bunu demirle yaptığımızı duyduklarında çok şaşırdıklarını umuyorum."
Kontrast ajanları, MR görüntülerini iyileştiren ve radyologların yorumlanmasını kolaylaştıran ilaçlardır. Radyologlar MRI sonuçlarını “ağırlaştırabilir” ve test koşullarını değiştirerek spesifik dokuların daha parlak veya daha karanlık görünmesini sağlayabilirler. İki ağırlıklandırma tekniği - T1 ve T2 - kullanılır. T2 taramaları için demir bazlı kontrast ajanları sıklıkla kullanılırken, T1 testleri için gadolinyum için klinik olarak az sayıda alternatif vardır.
Halas, "Demir şelatları yeni değil, " dedi. "T1 kontrastı için tamamen pratik olmadıklarına inanılıyor, ancak bu çalışma nano ölçekte mühendislik yaparken farklı şeylerin nasıl davrandığının mükemmel bir örneğidir."
Halas ve Rice ve Texas Üniversitesi'nden MD Anderson Kanser Merkezi'nden meslektaşları, bulgularını Amerikan Kimya Derneği dergisi ACS Nano'da bulunan çevrimiçi bir makalede açıklıyor. Çalışmada, adını Rus yuvalama bebeklerinden alan nanomatryoshkas, konsantrik katmanlı nanopartiküllerin değiştirilmiş bir versiyonunu oluşturdular.
Nanomatryoshkas ve nanoshells, 20 yıldan fazla bir süre önce Rice'da icat edilen bir diğer katmanlı nanoparçacık Halas, bir kırmızı kan hücresinden yaklaşık 20 kat daha küçüktür ve iletken metal ve iletken olmayan silika katmanlarından oluşur. Katmanların kalınlığını değiştirerek, Halas'ın ekibi, parçacıkların belirli dalga boylu ışık dalgalarıyla etkileşime girmesini sağlar. Örneğin, hem nanoshells hem de nanomatryoshkas, aksi takdirde zararsız yakın kızıl ötesi ışığını ısıya dönüştürebilir. Bu lokalize, yoğun ısıtma prostat kanserinin tedavisi için devam etmekte olan bir denemeyi de içeren çeşitli nanoshid denemelerinde kanseri yok etmek için kullanılmıştır.
Yeni çalışma, Halas'ın terapötik ve tanısal özelliklerin bir kombinasyonu ile ışıkla aktive nanopartiküller oluşturma çabalarının son bölümü. Bu "terapötik" parçacıklar, klinisyenlerin aynı ofis veya hastane ziyaretinde kanseri teşhis etmesine ve tedavi etmesine izin verebilir.
Bir pirinç yüksek lisans öğrencisi ve ACS Nano makalesinin baş yazarı Luke Henderson, “Klinisyenler parçacıkları bir tür görüntüleme yoluyla görselleştirebilselerdi, tedavi daha hızlı ve etkili olabilirdi. Örneğin, bir taramanın gerçekleştirildiği bir senaryo hayal edin. tümörün boyutunu ve yerleşimini doğrulamak için, tümörün tedavisi için ısı üretilir ve tüm tümörün yok edildiğini doğrulamak için bir başka tarama yapılır. "
Bir kimyager olan Henderson, 2016 yılında Halas'ın Nanophotonics Laboratuvarı'na katıldığı zaman, Halas'ın ekibi teşhis taramalarında görünür hale getirmek için nanomatryoshkas'a floresan boyalar ekleyebileceğini göstermişti. Ayrıca 2017 yılında yayınlanan ve TNI kontrastı için gadolinyum şelatlarının silis tabakasına gömülebileceğini gösteren bir çalışma da devam etmiştir.
MRI tarayıcıları, gövdenin iç kısmını, hidrojen atomlarının çekirdeklerini kısaca hizalayarak ve çekirdeklerin dinlenme durumlarına "dinlenmelerini" ne kadar sürdüğünü ölçerek görüntüler. Gevşeme özellikleri dokuya göre değişir ve çekirdeklerin tekrar tekrar hizalanması ve gevşeme sürelerinin ölçülmesiyle, bir MRI tarayıcı vücudun organlarının, dokularının ve yapılarının ayrıntılı bir görüntüsünü oluşturur. Kontrast ajanları parçacıkların gevşeme oranını artırarak tarama çözünürlüğünü geliştirir.
Gadolinyum şelatları, 1980'lerin sonlarında tanıtıldıklarında ve 400 milyondan fazla kez kullanıldıklarında MRG testlerinde devrim yarattı. Gadolinium toksik bir metal olmasına rağmen, şelatlama işlemi, her gadolinyum iyonunu, pozlamayı azaltan ve ilacın birkaç saat içinde idrar yoluyla vücuttan geçmesini sağlayan organik bir sargı ile kaplanır.
2013 yılında, Japon bilim adamları, kontrast ajanlardan elde edilen gadolinyumun bazı hastaların beyinlerinde biriktiğini ve sonraki çalışmalarda kemiklerde ve diğer organlarda benzer birikimler olduğunu keşfettiler. Gadolinyum bazlı MRG kontrast ajanları ile herhangi bir olumsuz sağlık etkisi bulunmamakla birlikte, FDA, Aralık 2017'de yaygın olarak kullanılan gadolinyum bazlı kontrast ajanları için ilaç kılavuzlarına uyarı eklemek için ilaç üreticilerine ihtiyaç duymuştur.
Henderson, "gadolinium ile daha önce yapılan çalışmalarda, nanomatryoshka tasarımının gömülü gadolinyum şelatlarının rahatlığını artırdığını fark ettik." Dedi. "Aynı zamanda, tıp camiasından gadolinyuma alternatifler için daha fazla çağrı duyuyorduk ve demir şelatları denemeye karar verdik ve aynı çeşit geliştirmeye sahip olup olmadığımızı gördük."
Sonuçlar herkesi şaşırttı. Henderson, demir için rahatlama gücünü artırabildiği gibi, her bir nanomatryoshkas'a dört kat daha fazla demir yükleyebiliyordu. Bu demir yüklü nanomatryoshkas klinik olarak kullanılabilir gadolinyum şelatları yanı sıra iki kez gerçekleştirmek için izin verdi.
Henderson ayrıca yüklenen metalin türünü değiştirmek için genel bir yol buldu. Önce silikaya boşaltılan şelat moleküllerini ekleyerek, parçacıkları metal tuzları banyosuna batırarak yükleyebileceğini buldu. Banyodaki metalleri değiştirerek, manganez de dahil olmak üzere farklı paramanyetik iyonları kolayca nanomatryoshkas'a yükleyebileceğini buldu.
Metal iyonları silis içine yüklendikten sonra, nanomatryoshka'nın son tabakası, dış altın kabuk eklenmiştir. Plazmonik için hayati olan kabuk, aynı zamanda iyon leğenmesini önlemek için bariyer görevi görmektedir. Henderson, altın bariyerin çift modlu teşhis için eklediği floresan boyalar için ikincil bir faydaya sahip olduğunu söyledi.
"Tüm flüoresan boyalar, fotoğraf ağartma işlemine tabi tutulur, bu da zaman içinde solması ve nihayetinde ölçülebilir bir sinyal vermeyeceği anlamına gelir, " dedi. "Onları donduruyor olsanız bile, ağartma işlemini yavaşlatıyorsa, genellikle birkaç haftadan fazla sürmezler. Aylardır buzdolabında bulunan nanomatryoshkas'ın eski bir örneğine bakıyordum ve hala floresan olduklarını keşfettim. oldukça yakından baktığımızda, boyaların nanomatryoshkas içerisindeyken yaklaşık 23 kat daha kararlı olduğunu gördük.