En studie från Northwestern University visar att koppling av ett brett använda kontrastmedel för magnetisk resonanstomografi (MRI) till en nanodiamant resulterar i dramatiskt förbättrad signalintensitet och därmed levande bildkontrast. "Resultaten är ett språng och inte ett litet - det är en spelförändrande händelse för känslighet, sa Thomas Meade, som ledde Northwestern forskargruppen och är medlem i Nanomaterials for Cancer Diagnostics and Therapeutics Center for Cancer Nanotechnology Excellence. "Detta är ett avbildningsmedel på steroider. Komplexet är mycket känsligare än något annat jag har sett."

Dean Ho, Meades kollega på Northwestern, hade tidigare visat att nanodiamanter har utmärkt biokompatibilitet och kan användas för effektiv läkemedelsleverans. Det här nya arbetet banar väg för den kliniska användningen av nanodiamanter för att både leverera terapi och spåra läkemedlens aktivitet och plats på distans.

Studien, publiceras i tidskriften Nanobokstäver , är den första publicerade rapporten om nanodiamanter som avbildas med MRI-teknik, efter forskarnas bästa kunskap. Möjligheten att avbilda nanodiamanter in vivo skulle vara användbart i biologiska studier där långsiktig cellulär ödeskartläggning är avgörande, som att spåra cirkulerande tumörceller, beta ö-celler, eller stamceller.

MRT är en icke-invasiv medicinsk avbildningsteknik som använder ett intravenöst kontrastmedel för att producera detaljerade bilder av inre strukturer i kroppen. MRT kan penetrera djup vävnad, uppnår en effektiv nivå av mjukvävnadskontrast med hög rumslig och tidsrelaterad upplösning, och kräver inte joniserande strålning. Kontrastmedel används vid MRT eftersom de förändrar relaxiviteten - en indikator på hur stark MRT-signalen kommer att vara - och förbättrar bildupplösningen. Gadolinium (Gd) är det material som oftast används som MRT-kontrastmedel, men dess kontrasteffekt kan förbättras.

Meade, Ho och deras kollegor utvecklade ett Gd-nanodiamantkomplex som, i en serie tester, visade en signifikant ökning av relaxivitet och, i tur och ordning, en signifikant ökning av kontrastförstärkningen. Gd-nanodiamantkomplexet visade en mer än 10-faldig ökning i relaxivitet - bland det högsta värdet per atom av Gd som hittills rapporterats. Detta representerar ett viktigt framsteg i effektiviteten av kontrastmedel för MRT.

Ho och Meade avbildade en mängd olika nanodiamantprover, inklusive nanodiamanter dekorerade med olika koncentrationer av Gd, odekorerade nanodiamanter, och vatten. Den intensiva signalen från Gd-nanodiamantkomplexet var som ljusast när Gd-nivån var högst. "Nanodiamanter har visat sig vara effektiva för att attrahera vattenmolekyler till sin yta, som kan förbättra avslappningsegenskaperna hos Gd-nanodiamantkomplexet, ", sa Ho. "Detta kan förklara varför dessa komplex är så ljusa och så bra kontrastmedel."

Biokompatibiliteten hos Gd-nanodiamantkomplexet understryker dess kliniska relevans. Förutom att bekräfta den förbättrade signalen som produceras av hybriden, forskarna genomförde toxicitetsstudier med odlade celler. Utredarna fann liten inverkan av hybridkomplexet på cellulär livskraft, bekräftar komplexets inneboende säkerhet och positionerar det som ett kliniskt betydelsefullt nanomaterial. (Andra nanodiamantavbildningsmetoder, såsom fluorescerande nanodiamantmedel, har begränsad vävnadspenetration och är mer lämpliga för histologiska tillämpningar.)

Meade, Ho och deras kollegor genomför nu prekliniska studier med MRI-kontrastmedlet-nanodiamond-hybriden i olika djurmodeller. Med ett öga mot att optimera detta nya hybridmaterial, de fortsätter också studier av strukturen av Gd(III)-nanodiamantkomplexet för att lära sig hur det styr ökad relaxivitet.

Detta jobb, som beskrivs i en artikel med titeln, "Gd(III)-Nanodiamond-konjugat för MRI-kontrastförbättring, " fick stöd av NCI Alliance for Nanotechnology in Cancer, ett omfattande initiativ utformat för att påskynda tillämpningen av nanoteknik för att förebygga, diagnos, och behandling av cancer. En sammanfattning av denna artikel finns tillgänglig på tidskriftens webbplats.