Forskare från Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP) har hittat en ny metod för att få högkvalitativa bilder vid magnetisk resonanstomografi (MRI), som kräver mindre kontrastmedel jämfört med nuvarande metoder. Det är möjligt genom att använda en "elastisk" proteinstruktur som kan absorbera löst xenon på ett självreglerande sätt:Ju större mängd av denna ädelgas, ju högre bildkvalitet, utan att behöva justera mängden kontrastmedel som appliceras.

Nu för tiden, magnetisk resonanstomografi (MRT) är en oumbärlig metod för att diagnostisera sjukdomar och övervaka behandlingsförloppet. Det skapar sektionsbilder av människokroppen utan användning av någon skadlig strålning. Vanligtvis, vattenmolekylerna i vävnaden utsätts för ett starkt magnetfält. Dock, MRT är mycket okänsligt och behöver en hög koncentration av molekyler för att absorbera en användbar signal. Kontrastmedel används ofta för att förbättra diagnostiken för att tydligare upptäcka specifika förändringar såsom tumörer. Dock, även med dessa kontrastmedel, känsligheten för MRT kan inte ökas avsevärt, och många markörer som är kända från cellbiologi kan inte detekteras under bildbehandling. Förutom detta, Säkerheten för vissa kontrastmedel som innehåller grundämnet gadolinium är för närvarande föremål för ökande diskussion. "Vi behöver nya, förbättrade metoder där så lite kontrastmedel som möjligt påverkar så mycket av det signalöverförande ämnet som möjligt, som vanligtvis är vatten, " säger FMP-forskaren Dr. Leif Schröder. Han och hans team har nu fått ett viktigt genombrott.

Forskarna har under en tid arbetat med att utveckla kontrastmedel baserade på xenon, en ofarlig ädelgas. Gruppen använder en process med kraftfulla lasrar där xenonet artificiellt magnetiseras och sedan – även i små mängder – genererar mätbara signaler. För att upptäcka specifika cellulära sjukdomsmarkörer, xenonet måste bindas till dem under en kort tid. I ett samarbete med forskare från California Institute of Technology (Caltech) finansierat av Human Frontiers Science Program (HFSP), Dr. Leif Schröder och hans team har nu undersökt en ny klass av kontrastmedel som binder xenon reversibelt. Dessa är ihåliga proteinstrukturer som produceras av vissa bakterier för att reglera det djup på vilket de flyter i vatten, liknar en miniatyriserad simblåsa hos fisk men på nanometerskala. Forskargruppen ledd av samarbetspartnern Mikhail Shapiro på Caltech introducerade för en tid sedan dessa så kallade "gasvesiklar" som MR-kontrastmedel. Dock, det var ännu inte känt hur väl de kunde "laddas" med xenon.

I studien, som har publicerats i ACS Nano , båda grupperna beskriver nu hur dessa vesiklar bildar ett idealiskt kontrastmedium:De kan "elastiskt" justera sitt inflytande på det uppmätta xenonet. "Proteinstrukturerna har en porös väggstruktur genom vilken xenon kan flöda in och ut. Till skillnad från konventionella kontrastmedel, gasvesiklarna absorberar alltid en fast del av xenonet som tillhandahålls av omgivningen, med andra ord också större mängder om mer Xe tillhandahålls, Dr Leif Schröder rapporterar. Denna egenskap kan användas i MRT-diagnostik, eftersom mer xenon måste användas för att få bättre bilder.

Koncentrationen av ett konventionellt kontrastmedel skulle också behöva justeras för att uppnå en förändring i signalen för alla xenonatomer. Gasvesiklarna, å andra sidan, fylls automatiskt på med mer xenon när detta erbjuds av miljön. "De fungerar som en slags ballong, till vilken en extern pump är ansluten. Om ballongen "uppblåses" av xenonatomer som strömmar in i gasvesikeln, dess storlek ändras inte, men trycket ökar - på samma sätt som ett cykeldäcksrör, " förklarar Dr. Leif Schröder. Eftersom mycket mer xenon passerar in i vesiklerna än med konventionella kontrastmedel, xenonatomerna kan då läsas ut mycket bättre efter att de lämnat vesikeln igen och visar en förändrad signal. Den här vägen, bildkontrasten är många gånger högre än bakgrundsbruset samtidigt som bildens kvalitet förbättras avsevärt.

Dessa kontrastmedel kan därmed också användas för att identifiera sjukdomsmarkörer som förekommer i relativt låga koncentrationer. Under det fortsatta samarbetet, de två grupperna avser att testa dessa kontrastmedel i initiala djurstudier. Det nyupptäckta beteendet kommer att vara en avgörande fördel för att kunna använda dessa mycket känsliga kontrastmedel även i levande vävnad. Dr. Leif Schröder och hans team kunde göra de första MRI-bilderna med partikelkoncentrationer en miljon gånger lägre än de kontrastmedel som används för närvarande.