Caltechs Mikhail Shapiro och hans kollegor har utvecklat "raderbara" MR -kontrastmedel som kan blinka av på kommando med ultraljudsteknik. Som illustreras här, kontrastmedlen – som består av luftfyllda proteinstrukturer som kallas gasvesiklar – avger magnetiska signaler. När den träffas med vågor av ljud, gasvesiklarna kollapsar och deras signaler försvinner. Detta gör det lättare för forskare att tolka MR-undersökningar. Kredit:Barth van Rossum för Caltech
Magnetisk resonanstomografi, eller MRT, är ett allmänt använt medicinskt verktyg för att ta bilder av insidan av vår kropp. Ett sätt att göra MRT-skanningar lättare att läsa är genom att använda kontrastmedel - magnetiska färgämnen som injiceras i blodet eller ges oralt till patienter som sedan reser till organ och vävnader, gör dem lättare att se. Nyligen, forskare har börjat utveckla nästa generations kontrastmedel, såsom magnetiska nanopartiklar, som kan riktas specifikt till intressanta platser, såsom tumörer.
Men det finns fortfarande ett problem med många av dessa medel:de är ibland svåra att skilja från våra kroppars vävnader, som avger sina egna MRT-signaler. Till exempel, en forskare som läser en MR -undersökning kanske inte med säkerhet vet om en mörk fläck nära en tumör representerar ett kontrastmedel bunden till tumören, eller är en orelaterade signal från omgivande vävnad.
Caltechs Mikhail Shapiro, biträdande professor i kemiteknik, tror att han har en lösning. Han och hans team arbetar på "raderbara" kontrastmedel som skulle ha förmågan att blinka av, på kommando, därigenom avslöjar deras plats i kroppen.
"Vi utvecklar MRT-kontrastmedel som kan raderas med ultraljud, så att du kan stänga av dem, säger Shapiro, som också är Schlinger Scholar och Heritage Medical Research Institute Investigator."Det är samma princip bakom blinkande cykelljus. Att ha lamporna på och av gör dem lättare att se, bara i vårt fall blinkar vi bara bort kontrastmedlet en gång."
Den nya forskningen publicerades i det avancerade numret av den 26 februari Naturmaterial , och finns på omslaget till den tryckta majupplagan som kommer ut denna månad. Huvudförfattare är George Lu, en postdoktor i Shapiros labb.
"Att tydligt visualisera MRT-kontrastmedel är en lång tid, kvardröjande problem på fältet, " säger Lu. "Med vår nya studie, vi visar hur det skulle vara möjligt att radera kontrastmedlet, vilket gör det mycket lättare att läsa MR -skanningar korrekt. "
Kredit:California Institute of Technology
Den nya tekniken bygger på strukturer i nanoskala som kallas gasvesiklar, som naturligt produceras av vissa mikrober. Gasvesiklar består av ett proteinskal med en ihålig insida och används av mikroberna som flytanordningar för att reglera tillgången till ljus och näringsämnen. Tidigare, Shapiro och hans kollegor visade hur gasvesiklar en dag skulle möjliggöra avbildning av terapeutiska bakterier och andra celler i människors kroppar med hjälp av ultraljud. Tanken skulle vara att konstruera celler av intresse - såsom bakterieceller som används för att behandla tarmtillstånd - för att producera gasvesiklerna. Eftersom de ihåliga kamrarna i vesiklarna studsar tillbaka ljudvågor på distinkta sätt, vesiklarna (och cellerna som producerar dem) skulle vara lätta att skilja från omgivande vävnad.
Det visar sig att gasblåsorna även sticker ut i MRT-undersökningar eftersom luften i deras kammare reagerar annorlunda på magnetfält jämfört med de vattenhaltiga vävnaderna runt dem. Detta resulterar i en lokal mörkning av MR -bilder där gasblåsorna är närvarande.
I den nya studien, utförs i möss, forskarna visade att gasvesiklar verkligen kunde användas som MRI-kontrastmedel - gasvesiklarna upptäcktes i vissa vävnader och organ, såsom hjärnan och levern. Vad mer, gasvesiklarna kunde stängas av. När den träffas med ultraljudsvågor med tillräckligt högt tryck, de cylindriska strukturerna "rasade ihop som krossade läskburkar, "Shapiro säger, och deras magnetiska signaler försvann.
Tidigare studier av gasvesiklar har visat att dessa proteinstrukturer kan genetiskt modifieras för att rikta receptorer på specifika celler, såsom tumörceller. Populationer av gasvesiklar kan också konstrueras på olika sätt - t.ex. en grupp kan rikta in sig på en tumör medan en annan stannar i blodomloppet för att skissera blodkärlen. Detta skulle göra det möjligt för läkare och forskare att visualisera två typer av vävnad samtidigt.
"Vi har tidigare visat att vi kan genetiskt modifiera gasvesiklarna på en mängd olika sätt för användning vid ultraljudsavbildning, " säger Shapiro. "Nu har de en helt ny tillämpning inom MRI."
De Naturmaterial studien har titeln "Akustiskt modulerad magnetisk resonansavbildning av gasfyllda proteinnanostrukturer."
