Polyfosfoesters, moleculen met fosfor als centraal element, zijn dankzij ontwikkelingen van onderzoekers van de Universiteit Twente (UT) goed traceerbaar zonder dat er contrastmiddelen nodig zijn. Normaal gesproken vertonen deze moleculen een vergelijkbare moleculaire samenstelling als ons DNA, wat leidt tot aanzienlijke "ruis" in het beeld.

De UT-onderzoekers kwamen met een oplossing en ontwikkelden unieke polymeren die traceerbaar zijn met magnetische resonantie beeldvorming (MRI). Dr. Olga Koshkina, projectleider bij de Sustainable Polymer Chemistry Group, publiceerde dit nieuwe concept van traceerbare polymeren in Communications Chemistry .

De onderzoekers pasten de eigenschappen aan van polyfosfoesters (speciale polymeren met een moleculaire structuur geïnspireerd op DNA en RNA). Als gevolg hiervan kregen de polymeren een andere ‘MRI-kleur’, waardoor ze beter te onderscheiden waren van de natuurlijke achtergrond. Bovendien vertonen ze andere fysieke MRI-kenmerken die geschikt zijn voor beeldvorming.

Voor bepaalde biomedische toepassingen moeten polymeren in het lichaam worden getraceerd, een taak die doorgaans wordt uitgevoerd via MRI. Om lichaamsdelen effectief in beeld te brengen met behulp van MRI zijn echter vaak toxische contrastmiddelen nodig

MRI en MRI-contrastmiddelen

MRI is een stralingsvrije beeldvormingstechniek die tegenwoordig routinematig in klinieken wordt gebruikt. Bij medische onderzoeken met behulp van MRI zijn doorgaans contrastmiddelen nodig. De huidige klinische contrastmiddelen veranderen vaak het contrast van lichaamswater en weefsels door gebruik te maken van paramagnetische zware metalen zoals gadolinium om het signaal van lichaamswater te wijzigen.

Hoewel het gebruik van zware metalen efficiënt is in beeldvorming, roept het zorgen op vanwege hun accumulatie in het lichaam en het milieu. Heteronucleaire "hotspot" MRI vereist geen metalen en detecteert direct andere MRI-actieve elementen. Deze elementen dienen als MRI-kleurstoffen, waardoor een nieuwe kleur op een anatomisch beeld ontstaat.

Polymeren in biomedische toepassingen

Polymere materialen hebben een enorm potentieel in medische toepassingen, waaronder de ontwikkeling van nieuwe therapieën. Om effectieve gepersonaliseerde behandelingen te ontwikkelen, is het echter cruciaal om polymeren in vivo te volgen. Tot nu toe was dit alleen mogelijk met aanvullende labeling, zoals het bevestigen van radioactieve tracers voor nucleaire beeldvorming of fluorhoudende moleculen (ook wel "PFAS" genoemd) voor "hotspot" MRI.

UT introduceert een nieuw concept, waarbij polymeren zonder label gevolgd kunnen worden, waarbij direct gebruik wordt gemaakt van het fosforsignaal in de moleculaire structuur van het polymeer.

Nieuwe mogelijkheden

Het onderzoek opent een nieuwe weg voor traceerbare en duurzame polymeren met MRI. Ze kunnen worden gebruikt als nieuwe MRI-middelen, als medicijnafgiftevoertuigen of als biomaterialen voor weefselregeneratie. De onderzoekers van de Universiteit Twente zijn van plan verder fundamenteel onderzoek op dit gebied te doen en hebben nieuwe mogelijkheden geopend voor biologisch afbreekbare, traceerbare polymeren.

Daarnaast werken ze momenteel aan de oprichting van een spin-off bedrijf om ervoor te zorgen dat dit baanbrekende onderzoek op de lange termijn kan worden toegepast op echte patiënten.

Meer informatie: Timo Rheinberger et al, Real-time 31P NMR onthult verschillende gradiëntsterkten in polyfosfo-estercopolymeren als potentiële MRI-traceerbare nanomaterialen, Communicatiechemie (2023). DOI:10.1038/s42004-023-00954-x

Journaalinformatie: Communicatiechemie

Aangeboden door Universiteit Twente