Cancer kommer att bli lättare att upptäcka och diagnostisera tidigt med hjälp av magnetisk resonansavbildning (MRI) tack vare A*STAR -forskare som har konstruerat biokompatibla järnoxid -nanopartiklarnas kontrastmedel¹.

Medan gadoliniumbaserade föreningar har visat sig vara effektiva som kontrastmedel för att öka signal-brusförhållandet under MRT, de kan orsaka biverkningar som nefrogen systemisk fibros som kan påverka patienter med nedsatt njurfunktion. Järnoxid-nanopartiklar har dykt upp som alternativ med låg risk. I komplexa biologiska miljöer, dock, dessa nanopartiklar tenderar att försämras, sammanlagd, och hålla sig till andra ämnen, vilket minskar deras magnetiska aktivitet.

För att mildra problemet, ett team som leds av David Paramelle, från A*STAR Institute of Materials Research and Engineering, har utvecklat peptidbeläggningar som förhindrar sönderdelning och aggregering av nanopartiklar samtidigt som biokompatibilitet underlättas. Dessa beläggningar är avgörande för övergången av järnoxidbaserade kontrastmedel till klinisk användning.

Bygga på sin omfattande erfarenhet av peptidbelagda silver- och guldnanopartiklar, forskarna skapade ett bibliotek med korta peptider och deponerade dessa föreningar på järnoxid-nanopartiklarna för att producera olika enkellagsfilmer. De syntetiserade också analoga ligander för att fylla alla mellanrum mellan peptider på nanopartikelytan och generera blandade beläggningar.

Varje peptid omfattade en stam ansluten till en "fot" och ett "huvud" vid varje extremitet. Medan foten förankrade peptiden till nanopartiklarna, det alkoholfunktionaliserade huvudet stabiliserade nanopartiklarna och stoppade oönskade interaktioner med miljön.

"Den knepiga delen var att hitta en fot med hög bindningsstyrka, "Paramelle förklarade, eftersom, järnoxid -nanopartiklarna hade en annan kemi trots deras liknande sfäriska geometri och storlek som guld- och silver -nanopartiklar. "

"För att designa peptiderna, vi var tvungna att gå tillbaka till ritbordet, "säger Paramelle, noterar att bytet från ädelmetaller, som företrädesvis binder till svavelinnehållande molekyler, till järnoxid breddade utbudet av funktionella grupper som fungerar som en fot till att inkludera fosfater och karboxylsyror.

Genom allt hårdare tester, forskarna utvärderade varje films förmåga att stabilisera nanopartiklarna under biologiska förhållanden samtidigt som deras magnetiska egenskaper bibehölls. De upptäckte att peptider och ligander med två fosfatgrupper vid foten fungerade bäst i närvaro av levercancerceller. De peptidbelagda nanopartiklarna överträffade kommersiellt tillgängliga kontrastmedel utan att förstöra celler in vitro, och förstärkte starkt kontrasten mellan tumör och frisk vävnad under in vivo MRI när den injicerades i möss med levercancer.

Paramelles team undersöker sätt att bredda tillämpningen av deras system till andra cancerformer, särskilt bröstcancer. "Vi planerar att funktionalisera nanopartiklarna med antikroppar och kontrollera antalet dessa antikroppar på nanopartikelytan, " han säger.