Kanker zal gemakkelijker te detecteren en vroegtijdig te diagnosticeren zijn met behulp van magnetische resonantie beeldvorming (MRI) dankzij A*STAR-onderzoekers die biocompatibele ijzeroxide-nanodeeltjescontrastmiddelen hebben ontwikkeld.

Hoewel op gadolinium gebaseerde verbindingen effectief zijn gebleken als contrastmiddelen voor het verbeteren van de signaal-ruisverhouding tijdens MRI, ze kunnen bijwerkingen veroorzaken, zoals de nefrogene systemische fibrose die patiënten met een verminderde nierfunctie kan treffen. Nanodeeltjes van ijzeroxide zijn naar voren gekomen als alternatieven met een laag risico. In complexe biologische omgevingen, echter, deze nanodeeltjes hebben de neiging om af te breken, aggregaat, en hechten aan andere stoffen, wat hun magnetische activiteit vermindert.

Om dit probleem te verminderen, een team onder leiding van David Paramelle, van het A*STAR Institute of Materials Research and Engineering, heeft peptidecoatings ontwikkeld die de ontbinding en aggregatie van nanodeeltjes voorkomen en tegelijkertijd de biocompatibiliteit vergemakkelijken. Deze coatings zijn cruciaal voor de overgang van op ijzeroxide gebaseerde contrastmiddelen naar klinisch gebruik.

Voortbouwend op hun uitgebreide ervaring met met peptide gecoate zilveren en gouden nanodeeltjes, de onderzoekers creëerden een bibliotheek van korte peptiden en deponeerden deze verbindingen op de ijzeroxide-nanodeeltjes om verschillende enkellaagse films te produceren. Ze synthetiseerden ook analoge liganden om elke opening tussen peptiden op het oppervlak van nanodeeltjes te vullen en gemengde coatings te genereren.

Elk peptide omvatte een stengel die was verbonden met een 'voet' en een 'kop' aan elk uiteinde. Terwijl de voet het peptide aan de nanodeeltjes verankerde, de met alcohol gefunctionaliseerde kop stabiliseerde de nanodeeltjes en stopte ongewenste interacties met de omgeving.

"Het lastige was om een ​​voet te vinden met een hoge bindingssterkte, " legde Paramelle uit, omdat, de ijzeroxide-nanodeeltjes vertoonden een andere chemie ondanks hun vergelijkbare sferische geometrie en grootte als gouden en zilveren nanodeeltjes."

"Om de peptiden te ontwerpen, we moesten terug naar de tekentafel, " zegt Paramelle, opmerkend dat overstappen van edele metalen, die bij voorkeur binden aan zwavelhoudende moleculen, ijzeroxide breidde het bereik van functionele groepen die als een voet dienden uit tot fosfaten en carbonzuren.

Door steeds strengere tests, de onderzoekers beoordeelden het vermogen van elke film om de nanodeeltjes onder biologische omstandigheden te stabiliseren met behoud van hun magnetische eigenschappen. Ze ontdekten dat peptiden en liganden met twee fosfaatgroepen aan de voet het beste presteerden in de aanwezigheid van leverkankercellen. De met peptide gecoate nanodeeltjes presteerden beter dan in de handel verkrijgbare contrastmiddelen zonder cellen in vitro te vernietigen, en versterkte het contrast tussen tumorweefsel en gezond weefsel sterk tijdens in vivo MRI wanneer het werd geïnjecteerd in muizen met leverkanker.

Het team van Paramelle onderzoekt manieren om de toepassing van hun systeem op andere vormen van kanker uit te breiden, vooral borstkanker. "We zijn van plan om de nanodeeltjes te functionaliseren met antilichamen en het aantal van deze antilichamen op het oppervlak van de nanodeeltjes te controleren, " hij zegt.