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Il nuovo composto migliora gli agenti di contrasto per la risonanza magnetica
La risonanza magnetica (MRI) è diventata uno strumento diagnostico medico indispensabile grazie alla sua capacità di produrre immagini 3D dettagliate dei tessuti del corpo. I radiologi spesso iniettano ai pazienti agenti di contrasto per far risaltare maggiormente alcuni tessuti, come i tumori, sull'immagine finale. Ora, i ricercatori hanno sintetizzato un agente di contrasto per risonanza magnetica che è 15 volte più sensibile dei composti attualmente utilizzati. Ciò potrebbe consentire di utilizzare meno mezzo di contrasto, riducendo così il potenziale di effetti collaterali dannosi.
Nano piramide: Gli ioni di gadolinio (verdi) sono chimicamente legati alla superficie di un nano diamante per formare un mezzo di contrasto per risonanza magnetica 15 volte più sensibile di quelli attuali.
I ricercatori hanno creato il nuovo composto collegando chimicamente gli ioni di gadolinio a nano diamanti, piccoli gruppi di atomi di carbonio di pochi nanometri di diametro. Il gadolinio, un metallo delle terre rare, viene utilizzato negli agenti di contrasto per risonanza magnetica a causa delle sue forti proprietà paramagnetiche (magnetismo in risposta a un campo magnetico applicato). Ma da solo, il gadolinio è tossico, quindi deve essere legato ad altre molecole biocompatibili per essere usato clinicamente. Molti gruppi hanno cercato di migliorare le proprietà degli agenti di contrasto a base di gadolinio attaccando il metallo a una varietà di materiali, che vanno dalle grandi molecole organiche alle nanoparticelle.
Lo abbiamo fatto con molte classi di nanoparticelle e non abbiamo mai visto questo straordinario aumento della sensibilità, afferma Thomas J. Meade , il professore di chimica Eileen M. Foell e direttore del Center for Advanced Molecular Imaging presso la Northwestern University. Lui e i suoi colleghi hanno pubblicato i loro risultati online in Nano lettere lo scorso mese.
Meade ha collaborato con Dean Ho , assistente professore di ingegneria biomedica e meccanica alla Northwestern, e il suo gruppo, che ha studiato i nanodiamanti come veicoli per la somministrazione di farmaci. A differenza di alcuni nanomateriali di carbonio, Ho afferma che i nanodiamanti sono ben tollerati dalle cellule e non modificano l'espressione genica in modi negativi. I ricercatori hanno accoppiato i nanodiamanti al gadolinio e hanno testato le proprietà del complesso risultante per valutare quanto potrebbe essere buono un agente di contrasto per risonanza magnetica.
La risonanza magnetica funziona circondando un paziente con un potente campo magnetico, che allinea i nuclei degli atomi di idrogeno nel corpo. Gli impulsi delle onde radio sondano sistematicamente piccole sezioni di tessuti, facendo cadere quegli atomi fuori allineamento. Quando si rilassano nel loro stato precedente, gli atomi emettono un segnale a radiofrequenza che può essere rilevato e tradotto in un'immagine.
A causa delle sue forti proprietà paramagnetiche, il gadolinio altera il rilassamento degli atomi di idrogeno quando si trova nelle vicinanze. Gli agenti di contrasto contenenti gadolinio possono essere progettati per raccogliersi preferenzialmente nei tumori, migliorando così il contrasto tra il tumore e il tessuto circostante. La capacità del mezzo di contrasto di alterare il rilassamento degli atomi di idrogeno è espressa come relassività, che rappresenta il tempo di rilassamento e la concentrazione di gadolinio nei tessuti.
L'elevata relassività del composto gadolinio-nanodiamante può essere in parte attribuita alla sua capacità di attirare l'acqua, che aiuta ad aumentare il segnale MRI. Se guardi la forma di un nano diamante, è come un pallone da calcio ma più spigoloso intorno alle facce, dice Ho. Non è totalmente rotondo. Le diverse facce hanno cariche positive e negative alternate, che aiutano ad orientare le molecole d'acqua in modo tale da creare un guscio d'acqua stretto attorno al nanodiamante.
I ricercatori hanno testato il gadolinio-nano diamante su diversi tipi di cellule in laboratorio e non hanno trovato prove di tossicità. Il prossimo passo, dice Ho, è testare la sicurezza e l'efficacia del composto come agente di contrasto negli animali. Siamo entusiasti di vedere che tipo di prestazioni migliorate possiamo ottenere, afferma Ho.
Penso che sia un sistema molto interessante, dice Kenneth N. Raymond , professore di chimica all'Università della California a Berkeley. Hanno ovviamente un aumento di un ordine di grandezza della relassività che è piuttosto significativo. Molti ricercatori hanno provato ad attaccare gli ioni di gadolinio a composti ad alto peso molecolare, come proteine e dendrimeri, dice. Il piccolo nano diamante, per quanto ne so, è piuttosto nuovo e, penso, una cosa molto intelligente da fare.
Attualmente, i radiologi devono iniettare ciò che ammonta a diversi grammi di gadolinio in un paziente per ottenere un buon contrasto su una risonanza magnetica. Aumentando di dieci volte la sensibilità dell'agente di contrasto, è possibile utilizzare un decimo in più di gadolinio, afferma Raymond. C'è molta preoccupazione nella clinica per alcune classi di pazienti sulla tossicità del gadolinio. La tossicità è strettamente collegata alla dose.