De främsta dödsorsakerna i världen, ischemiska hjärtsjukdomar och stroke, tillsammans med en annan viktig källa till sjukdom, det är cancer, kräver korrekt avbildning av blodkärl. Ett team bildat av Center for Nanopartikelforskning, inom Institutet för grundvetenskap, i samarbete med forskare vid Anhui Provincial Hospital och Seoul National University Hospital, har testat ett nytt icke-toxiskt kontrastmedel för magnetisk resonanstomografi (MRI) och magnetisk resonansangiografi (MRA) som kan vara överlägsen det nuvarande vanliga färgämnet, gadolinium. Publicerad i Nature Biomedicinsk teknik , detta mycket lovande kontrastmedel var framgångsrikt på hundar, kaniner och apor.

Kontrastmedel används ofta för att förbättra synligheten av radiologi av mjuka vävnader och inre kroppsstrukturer, speciellt vid hjärt- och kärlsjukdomar. Valet av FDA-godkända MRI- och MRA-kontrastmedel är ganska begränsat och de har alla vissa nackdelar. Gadolinium är det vanligaste MRT-kontrastmedlet, men det lämnar avlagringar i benen och hjärnan, och är giftigt för patienter med njurproblem. Som ett alternativ, kontrastmedel baserade på järnoxidnanopartiklar är praktiskt taget oanvända på grund av resultatens svåra läsbarhet. Till skillnad från gadolinium, som visas som en vit signal, järnoxid är svår att skilja från luft, blödning, förkalkning, metallavlagring, och blodproppar. HYEON Taeghwan, chef för Center for Nanopartikelforskning förklarar:"Låt oss ta exemplet med en MRI-analys av en hjärna med Alzheimers:järnoxid i blodkärlen skulle se ut som svarta och amyloidplacken som gråa. Det är mycket svårt att känna igen placken från bakgrunden. För det är anledningen, de nuvarande nanopartiklarna av järnoxid används inte längre och vi började leta efter andra alternativ." Detta beror på att gadolinium är ett så kallat T1-kontrastmedel, medan den nuvarande järnoxiden klassificeras som T2.

Tidigare, IBS-teamet designade ultrasmå T1 järnoxidnanopartiklar (PEG-IONCs), visat möjligheten att syntetisera dem i stora mängder, och testade dem på möss. Nu har deras forskning tagit ett steg framåt:"Forskning på möss kan inte direkt översättas till människor, så vi ville testa om dessa nanopartiklar fungerar på stora djur, som hundar, kaniner och apor. Så småningom, vårt mål är att kunna förstå om de kan bli ett nytt diagnostiskt verktyg för människor, " kommenterar Hyeon.

För att testa användbarheten av PEG-IONC, forskargruppen utförde MRT och MRA på kaniner, beagle hundar, och makakapor.

Med en liten diameter och en ofarlig beläggning, PEG-IONC har flera önskvärda funktioner. PEG-IONCs hydrodynamiska diameter på cirka 12 nanometer är mycket mindre och mer enhetlig än kommersiellt tillgängliga järnoxidnanopartiklar. Dessutom, för att förbereda IONC, IBS-forskare använde säkra komponenter, som oljesyra, oleylalkohol, och polyetylenglykol (PEG), som vanligtvis används i farmaceutiska formuleringar. Hematologiska studier och vävnadskompatibilitetsstudier på makakapor visade att PEG-IONC är mycket biokompatibla. För att ge ett exempel, de flesta av de kliniskt tillgängliga järnoxidbaserade MRI-kontrastmedlen, såsom ferumoxid och ferumoxtran, måste infunderas långsamt för att minimera förekomsten av hypotoni och andra allvarliga biverkningar. Å andra sidan, PEG-IONC administrerades problemfritt, som gadolinium.

Till sist, efter framgångsrik användning av PEG-IONC i statisk MRA, forskarna genomförde en mer utmanande dynamisk avbildning för att se vaskulära flödesmönster av cerebral ischemi (orsaken till stroke) hos hundar och apor. Cerebral ischemi är en störning som orsakas av otillräckligt blodflöde till hjärnan och dess tidig upptäckt med MRT-kontrastmedel är avgörande för patienters överlevnad. I experimentet, bilder togs vid flera tidpunkter, var 1,5:e sekund efter injektion av kontrastmedlet för att se blodperfusionsmönstren i hjärnan. En ocklusion i den mellersta cerebrala artären upptäcktes.

Även om ytterligare rigorösa prekliniska undersökningar krävs, de nuvarande pilotstudierna på icke-mänskliga primater visar tydligt en stor potential hos PEG-IONC för nästa generations T1 MRI-kontrastmedel.