Wetenschappers van de Rice University hebben bismut gevangen in een kooi met nanobuisjes om stamcellen te taggen voor het volgen van röntgenstraling.

Bismut is waarschijnlijk het best bekend als het actieve element in een populair maagbezinkend elixer en wordt ook gebruikt in cosmetica en medische toepassingen. Rijstchemicus Lon Wilson en zijn collega's brengen bismutverbindingen in enkelwandige koolstofnanobuizen om een ​​effectiever contrastmiddel te maken voor computertomografie (CT) -scanners.

Details van het werk van Wilson's Rice-team en medewerkers aan de Universiteit van Houston, St. Luke's Episcopal Hospital, en het Texas Heart Institute verschijnen in de Journal of Materials Chemistry B .

Dit is niet de eerste keer dat bismut is getest op CT-scans, en het laboratorium van Wilson experimenteert al jaren met op nanobuisjes gebaseerde contrastmiddelen voor scanners voor magnetische resonantiebeeldvorming (MRI). Maar dit is de eerste keer dat iemand bismut heeft gecombineerd met nanobuisjes om individuele cellen in beeld te brengen. hij zei.

"Op een gegeven moment, realiseerden we ons dat niemand ooit stamcellen heeft gevolgd, of andere cellen die we kunnen vinden, door CT, Wilson zei. "CT is veel sneller, goedkoper en handiger, en de instrumentatie is veel meer wijdverbreid (dan MRI). Dus we dachten dat als we bismut in de nanobuisjes zouden doen en de nanobuisjes in stamcellen, we kunnen ze misschien in vivo in realtime volgen."

Experimenten tot nu toe bevestigen hun theorie. Bij tests met mesenchymale stamcellen uit beenmerg van varkens, Wilson en hoofdauteur Eladio Rivera, een voormalig postdoctoraal onderzoeker bij Rice, ontdekte dat de met bismut gevulde nanobuisjes, die ze Bi@US-tubes noemen, produceren CT-beelden die veel helderder zijn dan die van gewone jodium-gebaseerde contrastmiddelen.

"Bismut is eerder gezien als een CT-contrastmiddel, maar door het in nanobuisjes te doen, kunnen we ze in hoge concentraties in cellen krijgen, ' zei Wilson. 'Daarmee kunnen we een röntgenfoto van de cel maken.'

De capsules zijn gemaakt van een chemisch proces dat de nanobuisjes snijdt en zuivert. Wanneer de buizen en bismutchloride in een oplossing worden gemengd, ze combineren in de loop van de tijd om Bi@US-buizen te vormen.

De nanobuisjes zijn tussen de 20 en 80 nanometer lang en hebben een diameter van ongeveer 1,4 nanometer. "Ze zijn klein genoeg om in de cel te diffunderen, waar ze vervolgens aggregeren tot een klomp met een diameter van ongeveer 300 nanometer, " zei hij. "We denken dat de oppervlakteactieve stof die wordt gebruikt om ze in biologische media te suspenderen, wordt verwijderd wanneer ze door het celmembraan gaan. De nanobuisjes zijn lipofiel, dus als ze elkaar in de cel vinden, blijven ze bij elkaar."

Wilson zei dat uit de onderzoeken van zijn team bleek dat stamcellen gemakkelijk Bi@US-buisjes absorberen zonder hun functie te beïnvloeden. "De cellen passen zich in de loop van de tijd aan aan de opname van deze brokken koolstof en dan gaan ze verder met hun werk, " hij zei.

Bi@US-tubes hebben duidelijke voordelen ten opzichte van veelgebruikte contrastmiddelen op jodiumbasis, zei Wilson. "Bismut is een zwaar element, onderaan het periodiek systeem, en effectiever in het verstrooien van röntgenstralen dan bijna alles wat je zou kunnen gebruiken, " zei hij. Zodra het bismut is ingekapseld in de nanobuisjes, het middel kan in zeer kleine concentraties een hoog contrast produceren. De oppervlakken van nanobuisjes kunnen worden aangepast om de biocompatibiliteit en hun vermogen om bepaalde soorten cellen te targeten te verbeteren. Ze kunnen ook worden aangepast voor gebruik met MRI, positron emissie tomografie en elektronen paramagnetische resonantie beeldvormingssystemen.

Het Rice-lab werkt eraan om de hoeveelheid bismut in elke nanobuis te verdubbelen. "Bismut-ionen lijken door capillaire werking in de nanobuisjes te komen, en we denken dat we het proces kunnen verbeteren om het contrast op zijn minst te verdubbelen, misschien meer, " zei hij. "Dan willen we zowel bismut als gadolinium combineren in één nanobuis om een ​​bimodaal contrastmiddel te produceren dat kan worden gevolgd met zowel MRI- als CT-scanners."