Gadoliniumbaserade kontrastmedel, guldstandarden för magnetisk resonansavbildning (MRI) för att bestämma patientens hälsa, kan förbättras, enligt ingenjörer från Rice University som förädlar modeller som de först använde för att förbättra olje- och gasåtervinning.

Teamet under ledning av Dilip Asthagiri och Philip Singer från George R. Brown School of Engineering hade studerat hur kärnmagnetiska resonansverktyg, vanligt förekommande inom oljeindustrin för att karakterisera fyndigheter under jorden, kan optimeras genom molekylära dynamiksimuleringar.

"Vi tog upp många grundläggande vetenskapliga frågor där, och vi undrade om det fanns andra sätt att använda dessa simuleringar, "Sa Asthagiri.

"Det tas ungefär 100 miljoner MRI över hela världen varje år, och cirka 40% av dem använder gadoliniumbaserade kontrastmedel, men hur de modellerar MR -svar på dessa agenter har inte förändrats nämnvärt sedan 1980 -talet, "Singer sa." Vi trodde att det skulle vara en bra testbädd för våra idéer. "

Resultaten av deras forskning visas i tidskriften Royal Society of Chemistry Fysisk kemi Kemisk fysik .

Deras uppsats visar hur begränsning av antalet parametrar i simuleringar har potential att förbättra analysen av gadoliniumbaserade kontrastmedel och hur effektiva de är vid avbildning för klinisk diagnos. Deras mål är att göra bättre och mer anpassningsbara kontrastmedel.

Läkare använder MR -enheter för att "se" tillståndet för mjuka vävnader inuti kroppen, inklusive hjärnan, genom att inducera magnetmoment i vätekärnorna i ständigt närvarande vattenmolekyler för att anpassa sig längs magnetfältet. Enheten detekterar ljuspunkter när de inriktade kärnorna "slappnar av" tillbaka till termisk jämvikt efter en excitation, och ju snabbare de slappnar av, desto ljusare kontrast.

Det är där paramagnetiska gadoliniumbaserade kontrastmedel kommer in. "Gadoliniumjoner ökar känsligheten och gör signalen ljusare genom att minska T1-avslappningstiden för vätekärnor, "Asthagiri sa." Vårt yttersta mål är att hjälpa optimering och design av dessa agenter. "

Vanligtvis, gadolinium är "kelat" - omgivet av metalljoner - för att göra det mindre giftigt. "Kroppen tar inte bort gadolinium av sig själv och måste kelateras så att njurarna kan bli av med det efter en skanning, "Sångare sa." Men kelering bromsar också den molekylära rotationen, och det skapar bättre kontrast i MR -bilden. "

Forskarna noterade att "kelat" kommer från det grekiska ordet för klo. "I detta fall, dessa klor greppar gadoliniumet för att göra det stabilt, "sa han." Vi hoppas att våra modeller hjälper oss att utforma ett starkare grepp, vilket gör dem säkrare samtidigt som de maximerar deras förmåga att öka kontrasten. "

De erkände att gadolinium kelaterar, som revolutionerade MR -tester när de introducerades i slutet av 1980 -talet, har varit kontroversiella den senaste tiden sedan det upptäcktes att patienter med nedsatt njurfunktion inte kunde eliminera alla toxiner. "De har sedan kommit fram till att om du har god njurfunktion, fördelarna uppväger de potentiella riskerna, "Sa sångaren.

Teamet anpassar också sina modeller utöver interaktioner med vatten. "I biologiska system, celler har andra beståndsdelar som osmolyter och denaturanter som urea, så vi modellerar gadolinium med dessa olika miljöer för att bygga mot en mängd olika applikationer, "Sa Asthagiri.