Een nest voor nanobuisjes kan magnetische resonantiebeeldvorming helpen beter dan ooit te worden in het vinden van bewijs van ziekte.

Wetenschappers van de Rice University en andere instellingen van het Texas Medical Center en collega's in Colorado, Italië en Zwitserland hebben een manier ontdekt om contrastmiddelen op te sluiten in een siliciumdeeltje dat, wanneer geïnjecteerd in de bloedbaan van een patiënt, zou ze tot 50 keer effectiever maken. Contrastmiddelen "verlichten" beschadigd weefsel in het lichaam in beelden geproduceerd door MRI-instrumenten.

"MRI's beter maken is geen kleinigheid, " zei Lon Wilson, hoogleraar scheikunde aan Rice en een van de drie senior co-auteurs van het onderzoekspaper dat online is gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie . In 2007, 28 miljoen MRI-scans werden uitgevoerd in de Verenigde Staten, en contrastmiddelen werden in bijna 45 procent van hen gebruikt.

"MRI is een van de krachtigste medische hulpmiddelen voor beeldvorming, zo niet de meest krachtige, "zei hij. "Het is niet invasief, het ioniseert geen schadelijke straling en de resolutie is de beste die je kunt krijgen in medische beeldvorming.

"De gevoeligheid, echter, is arm. Dus alles wat je kunt doen om de prestaties te verbeteren en de gevoeligheid te vergroten, is belangrijk -- en dat is wat dit doet."

Een nano-sized plakje silicium in de vorm van een hockeypuck diende als toedieningsapparaat voor contrastmiddelen in het onderzoek. In de schijven ontstonden poriën die slechts nanometers (miljardsten van een meter) lang en breed waren, genaamd silicium microdeeltjes, of SiMP's.

Er werden drie soorten contrastmiddelen in de poriën gezogen. Magnevist, een veelgebruikt contrastmiddel dat wereldwijd wordt gebruikt, was een; de andere waren gadofullerenen en gadonanobuisjes, beide ontwikkeld door Wilson's Rice lab. Alle drie scheiden het giftige element gadolinium chemisch af om het veilig te maken voor injectie.

MRI's werken door waterstofatomen in water te manipuleren, die een wisselwerking hebben met en uitgelijnd zijn met het aangelegde magnetische veld van het instrument. De waterstofatomen mogen dan terugkeren naar hun oorspronkelijke magnetische toestand, een proces dat ontspanning wordt genoemd. In aanwezigheid van het paramagnetische gadolinium-ion, de relaxatietijd van de atomen wordt verkort, waardoor deze regio's helderder worden tegen de achtergrond onder MRI.

SiMP's zijn klein -- ongeveer een micrometer (een miljoenste van een meter) breed -- maar wanneer ze zowel watermoleculen als bundels nanobuisjes met gadolinium vangen, de protonen lijken veel helderder in een MR-beeld. Omdat SiMP's hun vorm tot 24 uur behouden voordat ze oplossen in onschadelijk kiezelzuur, de moleculen kunnen lange tijd worden afgebeeld.

De truc is om ze op plaatsen in het lichaam te krijgen die artsen en technici willen zien. Wilson zei dat SiMP's zijn ontworpen om aan de bloedbaan te ontsnappen, waar ze lekken en aggregeren op de plaatsen van tumoren en laesies. "Sferische deeltjes, althans in wiskundige modellen, stromen door het midden van het vaatstelsel, " zei hij. "Deze deeltjes zijn ontworpen om de muur te omhelzen. Wanneer ze een lekkend gebied tegenkomen, zoals een kankergezwel, ze kunnen er gemakkelijk uit."

De inkapseling in SiMP's verbeterde de prestaties van alle drie de contrastmiddelen, maar SiMP's met gadonanobuisjes (koolstofnanobuisjes die bundels gadoliniumionen bevatten) lieten de beste resultaten zien. "De prestaties waren beter dan we ons hadden voorgesteld, " hij zei.

SiMP's kunnen ook worden gefunctionaliseerd met peptiden die zich richten op kanker en andere cellen. SiMP's die contrastmiddelen en medicijnen bevatten, kunnen mogelijk worden gevolgd als ze thuiskomen op ziektesites, waar medicijnen vrijkomen als het silicium oplost.