Onderzoekers van de Universiteit van Texas in Dallas blazen een oud MRI-contrastmiddel nieuw leven in door het aan een plantenvirus te hechten en het in een beschermende chemische kooi te wikkelen.

De nieuwe strategie is gericht op het ontwikkelen van een volledig organische en biologisch afbreekbare verbinding die de noodzaak zou elimineren om zware metalen zoals gadolinium in contrastmiddelen te gebruiken, zei dr. Jeremiah Gassensmith, universitair hoofddocent scheikunde en biochemie aan de School of Natural Sciences and Mathematics en corresponderend auteur van een studie die op 5 februari online is gepubliceerd in het tijdschrift Chemische Wetenschappen , een publicatie van de Royal Society of Chemistry.

MRI is een veelgebruikte medische beeldvormingstechnologie waarmee artsen zachte weefsels in het lichaam kunnen zien. Sommige weefsels, zoals kanker, worden beter gezien wanneer een patiënt een contrastmiddel krijgt, waardoor zieke delen van het lichaam helder opduiken in een MRI-scan. De enige klasse contrastmiddelen die in de VS is goedgekeurd voor gebruik met MRI, is gebaseerd op het zware metaal gadolinium, die meestal wordt uitgescheiden via de urine van een patiënt nadat een MRI is voltooid.

Door het wijdverbreide gebruik, gadolinium, dat door afvalwaterzuiveringsinstallaties kan sluipen, duikt steeds vaker op in stroomgebieden in en rond grote stedelijke gebieden.

"Contrastmiddelen op basis van gadolinium worden zo veel en zo vaak gebruikt dat, alleen van patiënten die het in hun urine uitscheiden, het metaal komt vrij in waterbronnen en sedimenten, " zei Gassensmith. "De waargenomen concentraties zijn nog steeds erg laag, maar, niettemin, het is niet precies duidelijk welke effecten langdurige accumulatie van gadolinium op het lichaam kan hebben."

In aanvulling, voor patiënten met aangetaste nieren die moeite hebben met het uitscheiden van deze contrastmiddelen, gadolinium kan het risico op verdere nierbeschadiging verhogen.

"Om deze redenen, we wilden iets bedenken dat biocompatibel en biologisch afbreekbaar was, iets volledig organisch zonder zware metalen, " zei Gassensmith. Gassensmith en zijn collega's hebben een soort organisch radicaal contrastmiddel opnieuw bekeken, of ORCA, dat eerder werd beschouwd als een MRI-contrastmiddel, maar gedeeltelijk werd verlaten omdat het niet helder genoeg is, en het wordt te snel in het lichaam afgebroken door ascorbaat - vitamine C.

"Deze ORCA is een metaalvrij middel dat compatibel is met de huidige MRI-technieken, is minder giftig voor het lichaam en is zeer biologisch afbreekbaar. Helaas, op zichzelf, het is niet erg helder, en het is zo biologisch afbreekbaar dat het onpraktisch is om te gebruiken, ' zei Gassmid.

De onderzoeksgroep van Gassensmith gaf het middel een nieuwe bestemming door eerst de ORCA-moleculen te hechten aan duizenden aanlegplaatsen op een tabaksmozaïekvirus.

"Omdat dit een plantenvirus is, het kan geen mensen of dieren besmetten, en het wordt gemakkelijk afgebroken door de lever. Omdat het virus zo groot is, het stelt ons ook in staat om duizenden ORCA-moleculen naast elkaar te plaatsen, " zei Gassensmith. "Het is het verschil tussen het hebben van één kerstboomlicht, wat nogal vaag is, en een hele reeks van hen samen, dat is vrij helder."

De onderzoekers moesten het middel ook beschermen zodat het lang genoeg in het lichaam zou blijven om praktisch te zijn voor MRI-gebruik.

"We zetten de ORCA in een kooi, die niemand eerder had gedaan, ' zei Gassmid.

specifiek, ze fabriceerden holle chemische structuren genaamd cucurbiturilen, zo genoemd omdat ze de vorm hebben van een pompoen (uit de plantenfamilie Cucurbitaceae), en wikkelde ze om elk ORCA-molecuul.

"De kooi en het contrastmiddel plakken gewoon aan elkaar - ze vormen geen chemische binding met elkaar, "Zei Gassensmith. "Het is vergelijkbaar met de relatie tussen een sleutel en een slot. Omdat er geen chemische binding is, maar de moleculen blijven toch aan elkaar plakken, deze benadering wordt 'supramoleculaire' chemie genoemd, waardoor het middel dat we hebben gemaakt een smORCA-supramoleculaire macromoleculaire organische radicale contrastmiddel is."

De kooi is geconstrueerd als een zeef zodat water de ORCA kan bereiken. Dit is nodig omdat MRI's het water in het lichaam gebruiken om een ​​beeld te maken. Tegelijkertijd, de kooi blokkeert grotere moleculen, zoals ascorbaat, die de ORCA kan inactiveren.

In muizen, de onbeschermde ORCA ging binnen ongeveer 30 minuten kapot, terwijl de beschermde versie meer dan twee uur zichtbaar contrast bood.

"Alles wat we gebruiken, is al tientallen jaren getest of maakt deel uit van medisch onderzoek. We hebben ze allemaal op een nieuwe manier samengevoegd, " zei Gassensmith. "We hebben nog wat werk te doen om aan te tonen dat ons materiaal stabiel is in de complexe omgeving van het menselijk lichaam, en we zouden graag willen zien of we het kunnen richten op specifieke ziekten zoals kanker en andere afwijkingen in weefsels.

"Maar ik denk dat onze resultaten een veelbelovende stap zijn in de richting van de ontwikkeling van smORCA's tot klinisch levensvatbare contrastmiddelen."