Ett bo för nanorör kan hjälpa magnetisk resonanstomografi att bli bättre än någonsin på att hitta tecken på sjukdom.
Forskare vid Rice University och andra Texas Medical Center-institutioner och kollegor i Colorado, Italien och Schweiz har upptäckt ett sätt att fånga kontrastmedel inuti en kiselpartikel som, när det injiceras i en patients blodomlopp, skulle göra dem upp till 50 gånger effektivare. Kontrastmedel "lyser upp" skadad vävnad i kroppen i bilder som produceras av MRI-instrument.
"Att göra MRI bättre är ingen liten sak, sa Lon Wilson, professor i kemi vid Rice och en av tre seniora medförfattare till forskningsartikeln publicerad online i Naturens nanoteknik . Under 2007, 28 miljoner MR-undersökningar utfördes i USA, och kontrastmedel användes i nästan 45 procent av dem.
"MRT är ett av de mest kraftfulla medicinska verktygen för bildbehandling, om inte den mest kraftfulla, " sa han. "Det är inte invasivt, det är inte joniserande skadlig strålning och upplösningen är den bästa du kan få inom medicinsk bildbehandling.
"Känsligheten, dock, är fattig. Så allt du kan göra för att förbättra prestanda och öka känsligheten är en stor sak - och det är vad det här gör."
En skiva kisel i nanostorlek formad som en hockeypuck fungerade som leveransanordning för kontrastmedel i studien. Porer som bara var nanometer (miljarddelar av en meter) långa och breda skapades i skivorna, kallade kiselmikropartiklar, eller SiMPs.
Tre typer av kontrastmedel drogs in i porerna. Magnevist, ett vanligt kontrastmedel som används över hela världen, var en; de andra var gadofullerener och gadonanorör, båda pionjärerna av Wilson's Rice lab. Alla tre binder kemiskt det giftiga elementet gadolinium för att göra det säkert för injektion.
MRI fungerar genom att manipulera väteatomer i vatten, som interagerar och är i linje med det applicerade magnetfältet från instrumentet. Väteatomerna tillåts sedan återgå till sitt ursprungliga magnetiska tillstånd, en process som kallas avslappning. I närvaro av den paramagnetiska gadoliniumjonen, atomernas relaxationstid förkortas, gör dessa regioner ljusare mot bakgrunden under MRI.
SiMPs är små - ungefär en mikrometer (en miljondels meter) i diameter - men när de fångar både vattenmolekyler och buntar av nanorör som innehåller gadolinium, protonerna verkar mycket ljusare i en MR-bild. Eftersom SiMPs behåller sin form i upp till 24 timmar innan de löses upp i ofarlig kiselsyra, molekylerna kan avbildas under lång tid.
Tricket är att få dem till platser i kroppen som läkare och tekniker vill se. Wilson sa att SiMPs är designade för att fly blodomloppet, där de läcker och aggregeras på ställena för tumörer och lesioner. "Sfäriska partiklar, åtminstone i matematiska modeller, strömma ner i mitten av kärlsystemet, " sade han. "Dessa partiklar är utformade för att krama väggen. När de stöter på ett läckande område som en cancertumör, de kan lätt ta sig ut."
Inkapslingen i SiMPs förbättrade prestandan för alla tre kontrastmedlen, men SiMPs med gadonanorör (kolnanorör som innehåller buntar av gadoliniumjoner) visade de bästa resultaten. "Prestandan förbättrades utöver vad vi hade föreställt oss, " han sa.
SiMPs kan också funktionaliseras med peptider som riktar sig mot cancer och andra celler. SiMPs som innehåller kontrastmedel och mediciner kan potentiellt spåras när de kommer in på sjukdomsplatser, där mediciner kommer att frigöras när kislet löses upp.
