I nästan två decennier, kardiologer har sökt efter sätt att se farliga blodproppar innan de orsakar hjärtinfarkt.

Nu, forskare vid Washington University School of Medicine i St Louis rapporterar att de har designat nanopartiklar som hittar blodproppar och gör dem synliga för en ny typ av röntgenteknik.

Enligt Gregory Lanza, MD, Doktorsexamen, en kardiolog vid Washington University vid Barnes-Jewish Hospital, dessa nanopartiklar kommer att ta bort gissningsarbetet för att avgöra om en person som kommer till sjukhuset med bröstsmärtor faktiskt har en hjärtattack.

"Varje år, miljontals människor kommer till akuten med bröstsmärtor. För några av dem, vi vet att det inte är deras hjärta. Men för de flesta, vi är inte säkra, säger Lanza, en professor i medicin. När det finns några tvivel, patienten måste läggas in på sjukhuset och genomgå tester för att utesluta eller bekräfta en hjärtinfarkt.

"De här testerna kostar pengar och de tar tid, Säger Lanza.

Istället för en övernattning för att se till att patienten är stabil, denna nya teknik kan avslöja platsen för en blodpropp på några timmar.

Spektral CT

Nanopartiklarna är designade för att användas med en ny typ av CT-skanner som kan "se" metaller i färg. Den nya tekniken, kallas spektral CT, använder hela spektrumet av röntgenstrålen för att skilja objekt som skulle vara omöjliga att särskilja med en vanlig CT-skanner som bara ser svart och vitt.

Lanza säger att den nya skannern drar fördel av samma fysik som astronomer använder för att titta på ljuset från en stjärna och berätta vilka metaller den innehåller.

"De tittar på röntgenspektrat, och röntgenspektrumet talar om för dem vilka metaller som finns där, " säger han. "Det är precis vad vi gör."

Vismut nanopartiklar

I detta fall, metallen i fråga är vismut. Dipanjan Pan, Doktorsexamen, forskarassistent i medicin, designade en nanopartikel som innehåller tillräckligt med vismut för att den ska kunna ses av den spektrala CT-skannern.

"Varje nanopartikel bär på en miljon atomer vismut, " säger Lanza. Eftersom CT är en relativt okänslig bildteknik, denna stora mängd metall är nödvändig för att partiklarna ska vara synliga för skannern.

Men vismut är en giftig tungmetall, säger Pan. Det kan inte injiceras i kroppen på egen hand. Istället, Pan använde en förening gjord av vismutatomer fästa vid fettsyrakedjor som inte kan lossna i kroppen. Han löste sedan denna förening i ett tvättmedel och kapslade in blandningen i ett fosfolipidmembran. Ungefär som oljedroppar suspenderade i en skakad vinägrett, dessa partiklar självmonteras med vismutföreningen i kärnan.

Som Pan visade i en musmodell, utformningen av nanopartiklarna gör det också möjligt för kroppen att bryta isär dem och frigöra den inre vismutföreningen i en säker form.

När nanopartiklarna bar tillräckligt med vismut för att vara synliga för skannern, Pan lade till en molekyl på partiklarnas yta som söker upp ett protein som kallas fibrin. Fibrin är vanligt vid blodproppar men finns inte någon annanstans i kärlsystemet.

"Om du får en hjärtattack, slemhinnan i din kransartär har spruckit, och en blodpropp bildas för att reparera den, " säger Lanza. "Men den där blodproppen börjar göra kärlet smalare så att blodet inte kan ta sig fram. Nu har vi en nanopartikel som kommer att se den koageln."

En spektral CT-bild med vismutnanopartiklarna riktade mot fibrin kommer att ge samma information som en traditionell svartvit CT-bild, men fibrinet i alla blodproppar kommer att dyka upp i en färg, som gult eller grönt, lösa problemet med kalciumstörningar som är vanliga för traditionella CT-skannrar.

Den spektrala CT-skannern som används i denna studie är fortfarande ett prototypinstrument, utvecklad av Philips Research i Hamburg, Tyskland. Nanopartiklarna har bara testats i kaniner och andra djurmodeller, men tidiga resultat visar framgång i att skilja blodproppar från kalciuminterferens.

Rädda liv

Mer än att bara bekräfta en hjärtattack, de nya nanopartiklarna och den spektrala CT-skannern kan visa en koagels exakta plats.

I dag, även om läkare fastställer att patienten har en hjärtattack, de kan inte lokalisera blodproppen utan att lägga in patienten på hjärtkateteriseringslaboratoriet, sätter in ett färgämne och letar efter smala plackfyllda artärer som de kan öppna med stentar. Men Lanza säger att det inte löser alla problem att leta efter smala artärer.

"De som har väldigt smala öppningar är inte de oroande, " säger Lanza. "Vi hittar dem i hjärtkateteriseringslaboratoriet och vi öppnar upp dem."

Det som är oroande är när blodet är fritt att flöda genom artärerna, men det finns instabil plack på artärväggen, vad Lanza kallar "måttlig sjukdom".

"De flesta människors hjärtattacker eller stroke kommer från måttlig sjukdom som bryter av och helt plötsligt blockerar en artär, " säger Lanza. "Det är vad som hände med NBC-nyhetsmannen Tim Russert. Du behöver något som talar om för dig att det är sprucken plack även när kärlet inte är särskilt smalt."

Eftersom denna nanopartikel hittar och fastnar på fibrin i kärlen, det skulle göra det möjligt för läkare att se problem som tidigare var svåra eller omöjliga att upptäcka.

Med denna bildteknik, Lanza förutspår nya metoder för behandling av kranskärlssjukdom. Instabil plack som inte begränsar mycket blodflöde kräver inte en dyr stent för att stötta upp kärlet. Istället, Lanza förutser teknologier som kan fungera som plåster, täta svaga fläckar i kärlväggarna.

"I dag, du skulle inte veta var du skulle fästa plåstret, Lanza säger. "Men spektral CT-avbildning med vismutnanopartiklar skulle visa den exakta platsen för blodproppar i kärlen, vilket gör det möjligt att förhindra det farliga brottet av instabil plack."