University of Texas i Dallas forskare blåser nytt liv i ett gammalt MRI-kontrastmedel genom att fästa det på ett växtvirus och linda in det i en skyddande kemikaliebur.

Den nya strategin syftar till att utveckla en helt organisk och biologiskt nedbrytbar förening som skulle eliminera behovet av att använda tungmetaller som gadolinium i kontrastmedel, sa Dr Jeremiah Gassensmith, docent i kemi och biokemi vid Institutionen för naturvetenskap och matematik och motsvarande författare till en studie publicerad online den 5 februari i tidskriften Kemivetenskap , en publikation av Royal Society of Chemistry.

MRT är en vanlig medicinsk bildbehandlingsteknik som gör att läkare kan se mjuka vävnader i kroppen. Vissa vävnader, som cancer, ses bättre när en patient får ett kontrastmedel, vilket gör att sjuka delar av kroppen visar sig ljust i en MR-undersökning. Den enda klass av kontrastmedel som godkänts för användning med MRT i USA är baserad på tungmetallen gadolinium, som vanligtvis utsöndras genom en patients urin efter att en MRT är klar.

På grund av dess utbredda användning, gadolinium – som kan smyga sig igenom avloppsreningsverk – dyker alltmer upp i vattendelar i och runt stora storstadsområden.

"Gadoliniumbaserade kontrastmedel används så mycket och så ofta att bara från patienter som utsöndrar det i urinen, metallen släpps ut i vattenresurser och sediment, " sade Gassensmith. "De observerade koncentrationerna är fortfarande mycket låga, men, ändå, det är inte exakt klart vilka effekter långvarig ackumulering av gadolinium kan ha på kroppen."

Dessutom, för patienter med nedsatta njurar som har svårt att utsöndra dessa kontrastmedel, gadolinium kan öka risken för ytterligare njurskador.

"Av dessa anledningar, vi ville komma på något som var biokompatibelt och biologiskt nedbrytbart, något helt organiskt utan tungmetaller, " sa Gassensmith. Gassensmith och hans kollegor återbesökte en typ av organisk radikal kontrastmedel, eller ORCA, som tidigare hade betraktats som ett MRT-kontrastmedel men som delvis övergavs eftersom det inte är tillräckligt ljust, och det bryts ner för snabbt i kroppen av askorbat – C-vitamin.

"Denna ORCA är ett metallfritt medel som är kompatibelt med nuvarande MRI-tekniker, är mindre giftigt för kroppen och är mycket biologiskt nedbrytbart. Tyvärr, på egen hand, det är inte särskilt ljust, och det är så biologiskt nedbrytbart att det är opraktiskt att använda, " sa Gassensmith.

Gassensmiths forskargrupp använde om medlet genom att först fästa ORCA-molekylerna på tusentals dockningsplatser på ett tobaksmosaikvirus.

"Eftersom detta är ett växtvirus, det kan inte infektera människor eller djur, och det bryts lätt ner av levern. Eftersom viruset är så stort, det låter oss också placera tusentals av ORCA-molekylerna bredvid varandra, " sa Gassensmith. "Det är skillnaden mellan att ha en julgranslampa, vilket är ganska mörkt, och en hel rad av dem tillsammans, vilket är ganska ljust."

Forskarna var också tvungna att skydda medlet så att det skulle sitta tillräckligt länge i kroppen för att vara praktiskt för MRT-användning.

"Vi satte ORCA i en bur, som ingen hade gjort tidigare, " sa Gassensmith.

Specifikt, de tillverkade ihåliga kemiska strukturer som kallas cucurbiturils, så namngivna för att de är formade lite som en pumpa (från växtfamiljen Cucurbitaceae), och lindade dem runt varje ORCA-molekyl.

"Buren och kontrastmedlet håller liksom ihop - de bildar inte en kemisk bindning med varandra, " sa Gassensmith. "Det liknar förhållandet mellan en nyckel och ett lås. Eftersom det inte finns någon kemisk bindning, men molekylerna håller ändå ihop, detta tillvägagångssätt kallas "supramolekylär" kemi, vilket gör medlet vi skapade till ett smORCA-supramolekylärt makromolekylärt organiskt radikalkontrastmedel."

Buren är konstruerad som en såll så att vatten kan nå ORCA. Detta är nödvändigt eftersom MRI använder vattnet i kroppen för att skapa en bild. På samma gång, buren blockerar större molekyler, som askorbat, som kan inaktivera ORCA.

Hos möss, den oskyddade ORCA gick sönder inom cirka 30 minuter, medan den skyddade versionen gav mer än två timmars synlig kontrast.

"Allt vi använder har testats eller en del av medicinsk forskning i decennier. Vi har bara satt ihop dem alla på ett nytt sätt, ", sa Gassensmith. "Vi har lite mer arbete att göra för att visa att vårt material är stabilt i människokroppens komplexa miljö, och vi skulle vilja se om vi kan rikta det mot specifika sjukdomar som cancer och andra avvikelser i vävnader.

"Men jag tror att våra resultat är ett lovande steg mot att utveckla smORCAs till kliniskt livskraftiga kontrastmedel."