En oväntad upptäckt överraskade en forskare vid Max Planck Institute for Intelligent Systems i Stuttgart:Nanometerstora diamantpartiklar, som var avsedda för ett helt annat syfte, lyste starkt i ett magnetisk resonansavbildningsexperiment - mycket ljusare än det faktiska kontrastmedlet, tungmetall gadolinium.
Kan diamantdamm – utöver dess användning vid läkemedelsleverans för att behandla tumörceller – en dag bli ett nytt kontrastmedel som används för MRT? Forskargruppen har nu publicerat sin upptäckt i Advanced Materials .
Några av världens största upptäckter skedde av en slump. Även om upptäckten av diamantdamms potential som ett framtida MRT-kontrastmedel aldrig kan betraktas som en vändpunkt i vetenskapens historia, är dess signalförstärkande egenskaper ändå ett oväntat fynd som kan öppna upp nya möjligheter:Diamantdamm lyser starkt även efter dagar med injiceras. Betyder det att det kanske en dag kan bli ett alternativ till det flitigt använda kontrastmedlet gadolinium?
Denna tungmetall har använts på kliniker för att upptäcka tumörer, inflammation eller vaskulära abnormiteter i mer än 30 år. Det förbättrar ljusstyrkan på bilden av drabbade områden. Men när det injiceras i en patients blodomlopp, reser gadolinium inte bara till tumörvävnad utan också till omgivande frisk vävnad.
Det finns kvar i hjärnan och njurarna och kvarstår månader till år efter den senaste administreringen. Långtidseffekterna på patienten är ännu inte kända. Gadolinium orsakar också en rad andra biverkningar. Sökandet efter ett alternativ har pågått i flera år.
Kan diamantdamm, ett kolbaserat material, bli ett väl tolerabelt alternativ på grund av en oväntad upptäckt som gjordes i ett laboratorium vid Max Planck Institute for Intelligent Systems i Stuttgart?
Dr Jelena Lazovic Zinnanti arbetade på ett experiment med nanometerstora diamantpartiklar för ett helt annat syfte. Forskaren, som leder Central Scientific Facility Medical Systems vid MPI-IS, blev förvånad när hon lade de 3 till 5 nanometer partiklarna i små läkemedelsleveranskapslar gjorda av gelatin. Hon ville att dessa kapslar skulle spricka när de utsätts för värme. Hon antog att diamantdamm, med sin höga värmekapacitet, kunde hjälpa.
"Jag hade tänkt använda dammet bara för att värma upp de drogbärande kapslarna", minns Jelena. "Jag använde gadolinium för att spåra dammpartiklarnas position. Jag tänkte lära mig om kapslarna med diamanter inuti skulle värmas upp bättre. När jag utförde preliminära tester blev jag frustrerad, eftersom gadolinium skulle läcka ut ur gelatinet - precis när det läcker ut av blodomloppet in i vävnaden hos en patient.
"Jag bestämde mig för att lämna gadolinium utanför. När jag tog MRI-bilder några dagar senare, till min förvåning, var kapslarna fortfarande ljusa. Wow, det här är intressant, tänkte jag! Diamantdammet verkade ha bättre signalförbättrande egenskaper än gadolinium. Det hade jag inte förväntat mig."
Jelena tog dessa fynd vidare genom att injicera diamantdammet i levande kycklingembryon. Hon upptäckte att medan gadolinium diffunderar överallt, stannade diamantnanopartiklarna kvar i blodkärlen, läckte inte ut och lyste senare starkt i MRT, precis som de hade gjort i gelatinkapslarna.
Medan andra forskare hade publicerat artiklar som visade hur de använde diamantpartiklar fästa vid gadolinium för magnetisk resonanstomografi, hade ingen någonsin visat att diamantdamm i sig kunde vara ett kontrastmedel.
Två år senare blev Jelena huvudförfattare till en artikel som nu publicerats i Advanced Materials .
"Varför diamantdammet lyser starkt i vår MRI förblir fortfarande ett mysterium för oss", säger Jelena, som arbetade med Prof. Metin Sitti och forskare från Physical Intelligence Department vid MPI-IS och med Dr. Eberhard Göring från MPI-IS ' granninstitut, MPI för Solid State Research. Hon kan bara anta orsaken till dammets magnetiska egenskaper.
"Jag tror att de små partiklarna har kol som är något paramagnetiska. Partiklarna kan ha en defekt i sitt kristallgitter, vilket gör dem något magnetiska. Det är därför de beter sig som ett T1-kontrastmedel som gadolinium. Dessutom vet vi inte om diamantdamm kan potentiellt vara giftigt, något som måste undersökas noggrant i framtiden."
Om diamantdamm visar sig vara säkert och väl tolererat av patienter, tror Jelena att det har potential att bli ett nytt kontrastmedelsalternativ för framtida MRT-undersökningar, där det skulle deponeras i vävnad med onormal kärlstruktur, såsom tumörer, men inte i frisk vävnad.
Mer information: Jelena Lazovic et al, Nanodiamond-Enhanced Magnetic Resonance Imaging, Avancerade material (2023). DOI:10.1002/adma.202310109
Journalinformation: Avancerat material
Tillhandahålls av Max Planck Society
