Polyfosfoestrar, molekyler som innehåller fosfor som det centrala elementet, är lätt att spåra utan behov av kontrastmedel, tack vare utvecklingen av forskare från University of Twente (UT). Normalt uppvisar dessa molekyler en liknande molekylär sammansättning som vårt DNA, vilket leder till avsevärt "brus" i bilden.
UT-forskarna gav en lösning och utvecklade unika polymerer som är spårbara med magnetisk resonanstomografi (MRT). Dr Olga Koshkina, projektledare i Sustainable Polymer Chemistry Group, publicerade detta nya koncept med spårbara polymerer i Communications Chemistry .
Forskarna justerade egenskaperna hos polyfosfoestrar (speciella polymerer med en molekylstruktur inspirerad av DNA och RNA). Som ett resultat fick polymererna en annan "MRI-färg", vilket gjorde dem mer särskiljbara från den naturliga bakgrunden. Dessutom uppvisar de andra fysiska MRT-egenskaper som är lämpliga för avbildning.
För vissa biomedicinska tillämpningar måste polymerer spåras i kroppen, en uppgift som vanligtvis utförs genom MRT. Men för att effektivt avbilda kroppsdelar med MRT krävs ofta giftiga kontrastmedel
MRT är en strålningsfri avbildningsteknik som rutinmässigt används på kliniker idag. Medicinska undersökningar med MRT kräver vanligtvis kontrastmedel. Nuvarande kliniska kontrastmedel ändrar ofta kontrasten mellan kroppsvatten och vävnader genom att använda paramagnetiska tungmetaller som gadolinium för att modifiera signalen från kroppsvattnet.
Även om det är effektivt vid bildbehandling, väcker användningen av tungmetaller oro på grund av deras ansamling i kroppen och miljön. Heteronukleär "hotspot" MRI kräver inte metaller och detekterar direkt andra MRI-aktiva element. Dessa element fungerar som MRI-färgämnen och skapar en ny färg på en anatomisk bild.
Polymera material har enorm potential i medicinska tillämpningar, inklusive utveckling av nya terapier. Men för att utveckla effektiva personliga behandlingar är det avgörande att spåra polymerer in vivo. Hittills var detta endast möjligt med ytterligare märkning, som att fästa radioaktiva spårämnen för nukleär avbildning eller fluorinnehållande molekyler (även kallade "PFAS") för "hotspot" MRI.
UT introducerar ett nytt koncept, där polymerer kan spåras utan märkning, direkt med hjälp av fosforsignalen i polymerens molekylära struktur.
Forskningen öppnar en ny väg för spårbara och hållbara polymerer med MRI. De kan användas som nya MRI-medel, som läkemedelstillförselvehiklar eller som biomaterial för vävnadsregenerering. Forskarna vid University of Twente planerar att bedriva ytterligare grundforskning inom detta område och har öppnat nya möjligheter för biologiskt nedbrytbara, spårbara polymerer.
Dessutom arbetar de för närvarande med att etablera ett spin-off-företag för att säkerställa att denna banbrytande forskning kan tillämpas på riktiga patienter på lång sikt.
Mer information: Timo Rheinberger et al, 31P NMR i realtid avslöjar olika gradientstyrkor i polyfosfoestersampolymerer som potentiella MRI-spårbara nanomaterial, Communications Chemistry (2023). DOI:10.1038/s42004-023-00954-x
Journalinformation: Kommunikationskemi
Tillhandahålls av University of Twente
