Magnetische resonantie beeldvorming, of MRI, is een veelgebruikt medisch hulpmiddel voor het maken van foto's van de binnenkant van ons lichaam. Een manier om MRI-scans leesbaarder te maken, is door het gebruik van contrastmiddelen:magnetische kleurstoffen die in het bloed worden geïnjecteerd of oraal worden toegediend aan patiënten die vervolgens naar organen en weefsels reizen, waardoor ze gemakkelijker te zien zijn. Onlangs, onderzoekers zijn begonnen met de ontwikkeling van contrastmiddelen van de volgende generatie, zoals magnetische nanodeeltjes, die specifiek naar interessante sites kunnen worden geleid, zoals tumoren.

Maar er blijft een probleem met veel van deze middelen:ze zijn soms moeilijk te onderscheiden van de weefsels van ons lichaam, die hun eigen MRI-signalen afgeven. Bijvoorbeeld, een onderzoeker die een MRI-scan leest, weet misschien niet met zekerheid of een donkere vlek in de buurt van een tumor een contrastmiddel vertegenwoordigt dat aan de tumor is gebonden, of is een niet-gerelateerd signaal van omringend weefsel.

Mikhail Shapiro van Caltech, assistent-professor chemische technologie, denkt een oplossing te hebben. Hij en zijn team werken aan 'uitwisbare' contrastmiddelen die zouden kunnen knipperen, op commando, waardoor hun locatie in het lichaam wordt onthuld.

"We ontwikkelen MRI-contrastmiddelen die kunnen worden gewist met echografie, zodat u ze kunt uitschakelen, " zegt Shapiro, die ook een Schlinger Scholar en Heritage Medical Research Institute Investigator is. "Het is hetzelfde principe achter knipperende fietslichten. Als de lichten aan en uit gaan, zijn ze gemakkelijker te zien, alleen in ons geval knipperen we het contrastmiddel maar één keer uit."

Het nieuwe onderzoek werd gepubliceerd in het geavanceerde nummer van 26 februari van: Natuurmaterialen , en staat op de omslag van de mei-editie die deze maand verschijnt. De hoofdauteur is George Lu, een postdoctoraal onderzoeker in Shapiro's lab.

"Het duidelijk visualiseren van MRI-contrastmiddelen is een lange tijd, aanhoudend probleem in het veld, " zegt Lu. "Met onze nieuwe studie, we laten zien hoe het mogelijk is om het contrastmiddel te wissen, waardoor het veel gemakkelijker is om MRI-scans goed te lezen."

De nieuwe technologie is gebaseerd op structuren op nanoschaal die gasblaasjes worden genoemd. die van nature door sommige microben worden geproduceerd. Gasblaasjes bestaan ​​uit een eiwitomhulsel met een holle binnenkant en worden door de microben gebruikt als drijfmiddelen om de toegang tot licht en voedingsstoffen te regelen. Eerder, Shapiro en zijn collega's toonden aan hoe gasblaasjes op een dag beeldvorming van therapeutische bacteriën en andere cellen in het lichaam van mensen mogelijk zouden kunnen maken met behulp van echografie. Het idee zou zijn om interessante cellen - zoals bacteriële cellen die worden gebruikt om darmaandoeningen te behandelen - te manipuleren om de gasblaasjes te produceren. Omdat de holle kamers van de blaasjes op verschillende manieren geluidsgolven terugkaatsen, de blaasjes (en de cellen die ze produceren) zouden gemakkelijk te onderscheiden zijn van het omringende weefsel.

Het blijkt dat de gasblaasjes ook opvallen in MRI-scans omdat de lucht in hun kamers anders reageert op magnetische velden dan de waterige weefsels eromheen. Dit resulteert in een lokale verdonkering van MRI-beelden waar de gasblaasjes aanwezig zijn.

In de nieuwe studie uitgevoerd bij muizen, de onderzoekers toonden aan dat gasblaasjes inderdaad kunnen worden gebruikt als MRI-contrastmiddelen - de gasblaasjes werden gedetecteerd in bepaalde weefsels en organen, zoals de hersenen en de lever. Bovendien, de gasblaasjes konden worden uitgeschakeld. Wanneer geraakt met ultrasone golven van een voldoende hoge druk, de cilindrische structuren "ingestort als gebroken frisdrankblikjes, "Shapiro zegt, en hun magnetische signalen verdwenen.

Eerdere studies van gasblaasjes hebben aangetoond dat deze eiwitstructuren genetisch gemodificeerd kunnen worden om receptoren op specifieke cellen te targeten, zoals tumorcellen. Populaties van gasblaasjes kunnen ook anders worden geconstrueerd, bijvoorbeeld de ene groep zou zich op een tumor kunnen richten, terwijl een andere in de bloedstroom zou blijven om bloedvaten te schetsen. Hierdoor zouden artsen en onderzoekers twee soorten weefsel tegelijk kunnen visualiseren.

"We hebben eerder aangetoond dat we de gasblaasjes op verschillende manieren genetisch kunnen manipuleren voor gebruik in echografie, " zegt Shapiro. "Nu hebben ze een hele nieuwe toepassing in MRI."

De Natuurmaterialen studie is getiteld "Akoestisch gemoduleerde magnetische resonantie beeldvorming van met gas gevulde eiwit nanostructuren."