een nieuwe, speciaal gecoate ijzeroxide nanodeeltjes, ontwikkeld door een team van MIT en elders, zouden een alternatief kunnen bieden voor conventionele op gadolinium gebaseerde contrastmiddelen die worden gebruikt voor MRI-procedures (magnetic resonance imaging). In zeldzame gevallen, de momenteel gebruikte gadoliniummiddelen blijken nadelige effecten te hebben bij patiënten met een verminderde nierfunctie.

De komst van MRI-technologie, die wordt gebruikt om details van specifieke organen of bloedvaten te observeren, is de afgelopen decennia een enorme zegen geweest voor de medische diagnostiek. Ongeveer een derde van de 60 miljoen MRI-procedures die jaarlijks wereldwijd worden uitgevoerd, maakt gebruik van contrastverhogende middelen. meestal met het element gadolinium. Hoewel deze contrastmiddelen in de meeste gevallen veilig zijn gebleken gedurende vele jaren van gebruik, bij een zeer kleine subgroep van patiënten zijn enkele zeldzame maar significante bijwerkingen opgetreden. Dankzij dit nieuwe onderzoek kan er binnenkort een veiliger alternatief zijn.

In plaats van op gadolinium gebaseerde contrastmiddelen, de onderzoekers hebben ontdekt dat ze een vergelijkbaar MRI-contrast kunnen produceren met kleine nanodeeltjes van ijzeroxide die zijn behandeld met een zwitterion-coating. (Zwitterionen zijn moleculen met gebieden met zowel positieve als negatieve elektrische ladingen, die opheffen om ze in het algemeen neutraal te maken.) De bevindingen worden deze week gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences , in een paper van Moungi Bawendi, de Lester Wolfe hoogleraar scheikunde aan het MIT; He Wei, een MIT-postdoc; Oliver Bruns, een MIT-onderzoeker; Michael Kaul aan het Universitair Medisch Centrum Hamburg-Eppendorf in Duitsland; en 15 anderen.

Contrastmiddelen, geïnjecteerd in de patiënt tijdens een MRI-procedure en ontworpen om daarna snel door de nieren uit het lichaam te worden verwijderd, zijn nodig om fijne details van orgelstructuren te maken, aderen, en andere specifieke weefsels duidelijk zichtbaar in de afbeeldingen. Sommige agenten produceren donkere gebieden in het resulterende beeld, terwijl andere lichte gebieden produceren. De primaire middelen voor het produceren van lichte gebieden bevatten gadolinium.

IJzeroxidedeeltjes zijn grotendeels gebruikt als negatieve (donker)contrastmiddelen, maar radiologen geven enorm de voorkeur aan positieve (licht)contrastmiddelen zoals middelen op basis van gadolinium, omdat negatief contrast soms moeilijk te onderscheiden is van bepaalde beeldvormingsartefacten en inwendige bloedingen. Maar terwijl de op gadolinium gebaseerde middelen de standaard zijn geworden, bewijs toont aan dat ze in sommige zeer zeldzame gevallen kunnen leiden tot een onbehandelbare aandoening die nefrogene systemische fibrose wordt genoemd, wat dodelijk kan zijn. In aanvulling, bewijs toont nu aan dat het gadolinium zich kan ophopen in de hersenen, en hoewel er nog geen effecten van deze opbouw zijn aangetoond, de FDA onderzoekt het op mogelijke schade.

"Over de afgelopen tien jaar, steeds meer bijwerkingen zijn aan het licht gekomen" van de gadoliniummiddelen, Bruns zegt, dus dat bracht het onderzoeksteam ertoe om naar alternatieven te zoeken. "Geen van deze problemen bestaat voor ijzeroxide, " tenminste geen die nog is ontdekt, hij zegt.

De belangrijkste nieuwe bevinding van dit team was het combineren van twee bestaande technieken:het maken van zeer kleine deeltjes ijzeroxide, en het hechten van bepaalde moleculen (de zogenaamde oppervlakteliganden) aan de buitenkant van deze deeltjes om hun eigenschappen te optimaliseren. De anorganische kern van ijzeroxide is klein genoeg om een ​​uitgesproken positief contrast te produceren in MRI, en de zwitterionische oppervlakteligand, die onlangs is ontwikkeld door Wei en collega's in de Bawendi-onderzoeksgroep, maakt de ijzeroxidedeeltjes wateroplosbaar, compact, en biocompatibel.

De combinatie van een zeer kleine kern van ijzeroxide en een ultradunne ligandschil leidt tot een totale hydrodynamische diameter van 4,7 nanometer, onder de nierklaringsdrempel van 5,5 nanometer. Dit betekent dat het gecoate ijzeroxide snel door de nieren moet verdwijnen en niet moet ophopen. Deze eigenschap van renale klaring is een belangrijk kenmerk wanneer de deeltjes vergelijkbaar zijn met op gadolinium gebaseerde contrastmiddelen.

Nu de eerste tests de effectiviteit van de deeltjes als contrastmiddel hebben aangetoond, Wei en Bruns zeggen dat de volgende stap zal zijn om verdere toxicologische tests uit te voeren om de veiligheid van de deeltjes aan te tonen. en om de eigenschappen van het materiaal te blijven verbeteren. "Het is niet perfect. We hebben meer werk te doen, ', zegt Bruns. Maar omdat ijzeroxide al zo lang en op zoveel manieren wordt gebruikt, zelfs als een ijzersupplement, eventuele negatieve effecten kunnen waarschijnlijk worden behandeld met gevestigde protocollen, zeggen de onderzoekers. Als alles goed gaat, het team overweegt een startend bedrijf op te richten om het materiaal in productie te nemen.

Voor sommige patiënten die momenteel zijn uitgesloten van het krijgen van MRI's vanwege mogelijke bijwerkingen van gadolinium, de nieuwe middelen "kunnen ervoor zorgen dat die patiënten weer in aanmerking komen" voor de procedure, zegt Bruns. En, als blijkt dat de ophoping van gadolinium in de hersenen negatieve effecten heeft, een algehele uitfasering van gadolinium voor dergelijke toepassingen zou nodig kunnen zijn. "Als dat het geval blijkt te zijn, dit kan mogelijk een volledige vervanging zijn, " hij zegt.

Het onderzoeksteam omvatte onderzoekers in de chemie van MIT, biologische techniek, nucleaire wetenschap en techniek, hersen- en cognitieve wetenschappen, en materiaalwetenschappen en technische afdelingen en haar programma in gezondheidswetenschappen en technologie; en aan het Universitair Medisch Centrum Hamburg-Eppendorf; Bruine Universiteit; en het Massachusetts General Hospital. Het werd ondersteund door het MIT-Harvard NIH Center for Cancer Nanotechnology, het legeronderzoeksbureau via MIT's Institute for Soldier Nanotechnologies, het door de NIH gefinancierde Laser Biomedical Research Center, het MIT Deshpande Center, en het zevende kaderprogramma van de Europese Unie.