Moleculaire beeldvormingstechnieken spelen een steeds belangrijkere rol in de medische diagnostiek en de ontwikkeling van nieuwe behandelmethoden. Een interdisciplinair team van onderzoekers uit de chemie, materiaal wetenschappen, biologie, kwantumfysica en toxicologie is erin geslaagd de basis te leggen voor een nieuw contrastmedium voor MRI in het kader van het FET Open EU-excellentieprogramma. Moleculaire veranderingen in het menselijk lichaam zouden dus detecteerbaar kunnen worden door MRI en de behandeling van ziekten zoals kanker, Alzheimer en hartziekten.

Bij MRI (magnetische resonantie beeldvorming), de kernen van waterstofatomen in weefsels worden onderworpen aan een hoogfrequent magnetisch veld. Op deze manier produceren ze zwakke signalen in de ontvangstspoelen die kunnen worden verwerkt tot beelden. "Ons basisidee was om moleculen met vierpoolkernen het weefsel in te sturen en door de interactie tussen waterstofkernen en deze vierpoolkernen om het klassieke NMR-signaal te wijzigen, " legt Hermann Scharfetter uit, professor aan het Institute of Medical Engineering van de TU Graz en hoofd van de internationale werkgroep. Strikt gesproken, de onderzoekers streefden ernaar om het verval van het signaal in de loop van de tijd te veranderen - ook bekend als quadrupool-relaxation enhancement (QRE). Scharfetter:"We geloofden dat we door dit principe te gebruiken niet alleen de verdeling van het contrastmiddel gebruikten om de organen beter weer te geven, maar waren ook in staat om moleculaire veranderingen te bewijzen die werden veroorzaakt door de gevoeligheid van QRE op de chemische omgeving, zodat we in principe de mogelijkheid hebben om het contrast aan of uit te zetten."

Bewijs van het effect

Na drie jaar onderzoek in het kader van het CONQUER FET Open-project, Scharfetter en zijn team hebben nu een doorbraak bereikt in baanbrekende functies in medische beeldvorming. Het nieuwe contrastmiddel kon zo ontwikkeld worden dat het onderzochte effect kan worden gebruikt met de veldsterkten van standaard MRI-scanners. "We blijven het NMR-signaal van de waterstofkernen meten, maar verander de relaxatie door de interactie met de quadrupoolkernen en dus het contrast. Om dit te doen, we hoefden alleen een standaard MRI-scanner zo aan te passen dat we het magneetveld iets konden verschuiven om het contrast aan of uit te zetten. De resultaten zijn gepubliceerd in Fysieke beoordeling X .

De gehoopte resultaten kwamen tot stand met chemische verbindingen van het element bismut. Veel bismutverbindingen hebben gunstige quadrupoolresonantiefrequenties die dicht bij de magnetische velden van klinische MRI-scanners liggen. Verder, bismut vertoont een sterke koppeling met waterstofkernen en wordt af en toe in de geneeskunde gebruikt. Er moet nader onderzoek worden gedaan om ervoor te zorgen dat het contrastmiddel klinisch kan worden ingezet, zoals Scharfetter uitlegt:"In de toekomst zullen we moeten speciale nanodeeltjes ontwerpen die, aan de ene kant, bevatten bismutcomponenten, en aan de andere kant, kan goed worden verdeeld in het menselijk lichaam zonder bijwerkingen en gezondheidsrisico's. Maar er moet vooraf veel chemische synthese plaatsvinden. onze resultaten, echter, vormen een basisbouwsteen voor een 'slim' contrastmiddel."