Een onderzoek van de Northwestern University toont aan dat het koppelen van een veelgebruikt contrastmiddel voor magnetische resonantiebeeldvorming (MRI) aan een nanodiamant resulteert in een dramatisch verbeterde signaalintensiteit en dus een levendig beeldcontrast. "De resultaten zijn een sprong en niet een kleine -- het is een baanbrekende gebeurtenis voor gevoeligheid, " zei Thomas Meade, die het Northwestern-onderzoeksteam leidde en lid is van het Nanomaterials for Cancer Diagnostics and Therapeutics Center for Cancer Nanotechnology Excellence. "Dit is een beeldvormend middel op steroïden. Het complex is veel gevoeliger dan al het andere dat ik heb gezien."

decaan Ho, Meade's collega bij Northwestern, had eerder aangetoond dat nanodiamanten uitstekende biocompatibiliteit hebben en kunnen worden gebruikt voor efficiënte medicijnafgifte. Dit nieuwe werk maakt de weg vrij voor het klinische gebruik van nanodiamanten om zowel therapieën te leveren als de activiteit en locatie van de medicijnen op afstand te volgen.

De studie, gepubliceerd in het tijdschrift Nano-letters , is het eerste gepubliceerde rapport van nanodiamanten die worden afgebeeld door MRI-technologie, naar beste weten van de onderzoekers. Het vermogen om nanodiamanten af ​​te beelden in vivo nuttig zou zijn in biologische studies waar het in kaart brengen van het lot op lange termijn van cruciaal belang is, zoals het volgen van circulerende tumorcellen, bèta-eilandcellen, of stamcellen.

MRI is een niet-invasieve medische beeldvormingstechniek die gebruik maakt van een intraveneus contrastmiddel om gedetailleerde beelden van interne structuren in het lichaam te produceren. MRI is in staat tot diepe weefselpenetratie, bereikt een efficiënt niveau van zacht weefselcontrast met hoge ruimtelijke en tijdgerelateerde resolutie, en vereist geen ioniserende straling. Contrastmiddelen worden gebruikt in MRI omdat ze de relaxiviteit veranderen - een indicator van hoe sterk het MRI-signaal zal zijn - en de beeldresolutie verbeteren. Gadolinium (Gd) is het materiaal dat het meest wordt gebruikt als MRI-contrastmiddel, maar de werkzaamheid van het contrast kan worden verbeterd.

Mede, Ho en hun collega's ontwikkelden een Gd-nanodiamantcomplex dat, in een reeks testen, toonde een significante toename van de relaxiviteit en, beurtelings, een aanzienlijke toename van de contrastverbetering. Het Gd-nanodiamantcomplex vertoonde een meer dan 10-voudige toename in relaxiviteit - een van de hoogste waarden per atoom van Gd die tot nu toe zijn gerapporteerd. Dit betekent een belangrijke vooruitgang in de efficiëntie van MRI-contrastmiddelen.

Ho en Meade hebben verschillende nanodiamanten in beeld gebracht, waaronder nanodiamanten versierd met verschillende concentraties van Gd, onversierde nanodiamanten, en water. Het intense signaal van het Gd-nanodiamantcomplex was het helderst toen het Gd-niveau het hoogst was. "Het is aangetoond dat nanodiamanten effectief zijn in het aantrekken van watermoleculen naar hun oppervlak, die de relaxerende eigenschappen van het Gd-nanodiamantcomplex kunnen verbeteren, " zei Ho. "Dit zou kunnen verklaren waarom deze complexen zo helder zijn en zulke goede contrastmiddelen."

De biocompatibiliteit van het Gd-nanodiamantcomplex onderstreept de klinische relevantie ervan. Naast het bevestigen van het verbeterde signaal dat door de hybride wordt geproduceerd, de onderzoekers voerden toxiciteitsstudies uit met behulp van gekweekte cellen. De onderzoekers vonden weinig invloed van het hybride complex op de cellulaire levensvatbaarheid, de inherente veiligheid van het complex bevestigen en het positioneren als een klinisch significant nanomateriaal. (Andere beeldvormingsmethoden met nanodiamanten, zoals fluorescerende nanodiamanten, hebben een beperkte weefselpenetratie en zijn meer geschikt voor histologische toepassingen.)

Mede, Ho en hun collega's voeren nu preklinische studies uit met de MRI-contrastmiddel-nanodiamant-hybride in verschillende diermodellen. Met het oog op het optimaliseren van dit nieuwe hybride materiaal, ze zijn ook bezig met studies naar de structuur van het Gd(III)-nanodiamantcomplex om te leren hoe het de verhoogde relaxiviteit regelt.

Dit werk, die gedetailleerd wordt beschreven in een document met de titel, "Gd(III)-Nanodiamond-conjugaten voor MRI-contrastverbetering, " werd ondersteund door de NCI Alliance for Nanotechnology in Cancer, een alomvattend initiatief dat is ontworpen om de toepassing van nanotechnologie op de preventie te versnellen, diagnose, en behandeling van kanker. Een samenvatting van dit artikel is beschikbaar op de website van het tijdschrift.