Onderzoekers van het Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP) hebben een nieuwe methode gevonden voor het verkrijgen van hoogwaardige beelden in magnetische resonantiebeeldvorming (MRI), waarvoor minder contrastmiddel nodig is in vergelijking met de huidige methoden. Het wordt mogelijk gemaakt door een "elastische" eiwitstructuur te gebruiken die opgelost xenon op een zelfregulerende manier kan absorberen:hoe groter de hoeveelheid van dit edelgas, hoe hoger de kwaliteit van het beeld, zonder de noodzaak om de hoeveelheid toegepast contrastmiddel aan te passen.

Vandaag de dag, magnetische resonantie beeldvorming (MRI) is een onmisbare methode voor het diagnosticeren van ziekten en het volgen van het verloop van de behandeling. Het creëert doorsnedebeelden van het menselijk lichaam zonder het gebruik van schadelijke straling. Typisch, de watermoleculen in het weefsel worden blootgesteld aan een sterk magnetisch veld. Echter, MRI is erg ongevoelig en heeft een hoge concentratie moleculen nodig om een ​​bruikbaar signaal te absorberen. Contrastmiddelen worden vaak gebruikt om de diagnostiek te verbeteren om specifieke veranderingen zoals tumoren beter op te sporen. Echter, zelfs met deze contrastmiddelen, de gevoeligheid van MRI kan niet significant worden verhoogd, en veel markers die bekend zijn uit de celbiologie kunnen niet worden gedetecteerd tijdens beeldvorming. Naast dit, de veiligheid van bepaalde contrastmiddelen met het element gadolinium is momenteel onderwerp van toenemende discussie. "We hebben nieuwe, verbeterde methoden waarbij zo min mogelijk contrastmiddel zoveel mogelijk van de signaaloverdragende stof beïnvloedt, dat is meestal water, ", zegt FMP-onderzoeker dr. Leif Schröder. Hij en zijn team hebben nu een belangrijke doorbraak bereikt.

De onderzoekers werken al enige tijd aan de ontwikkeling van contrastmedia op basis van xenon, een onschadelijk edelgas. De groep maakt gebruik van een proces met krachtige lasers waarbij het xenon kunstmatig wordt gemagnetiseerd en vervolgens - zelfs in kleine hoeveelheden - meetbare signalen genereert. Om specifieke cellulaire ziektemarkers te detecteren, het xenon moet er voor een korte tijd aan gebonden zijn. In samenwerking met wetenschappers van het California Institute of Technology (Caltech), gefinancierd door het Human Frontiers Science Program (HFSP), Dr. Leif Schröder en zijn team hebben nu gekeken naar een nieuwe klasse contrastmedia die het xenon omkeerbaar bindt. Dit zijn holle eiwitstructuren die door bepaalde bacteriën worden geproduceerd om de diepte te regelen waarop ze in water drijven, vergelijkbaar met een geminiaturiseerde zwemblaas bij vissen, maar op nanometerschaal. De onderzoeksgroep onder leiding van samenwerkingspartner Mikhail Shapiro van Caltech introduceerde deze zogenaamde "gasblaasjes" enige tijd geleden als MR-contrastmiddel. Echter, het was nog niet bekend hoe goed ze konden worden "opgeladen" met xenon.

In de studie, die is gepubliceerd in ACS Nano , beide groepen beschrijven nu hoe deze blaasjes een ideaal contrastmiddel vormen:ze kunnen hun invloed op het gemeten xenon "elastisch" aanpassen. "De eiwitstructuren hebben een poreuze wandstructuur waardoor het xenon in en uit kan stromen. In tegenstelling tot conventionele contrastmiddelen, de gasblaasjes absorberen altijd een vast deel van het xenon dat door de omgeving wordt geleverd, met andere woorden ook grotere hoeveelheden als er meer Xe wordt verstrekt, " Dr. Leif Schröder meldt. Deze eigenschap kan worden gebruikt in MRI-diagnostiek, omdat er meer xenon moet worden gebruikt om betere beelden te krijgen.

De concentratie van een conventioneel contrastmiddel zou ook moeten worden aangepast om een ​​verandering in signaal voor alle xenon-atomen te bereiken. De gasblaasjes, anderzijds, automatisch meer xenon bijvullen wanneer dit wordt aangeboden door de omgeving. "Ze gedragen zich als een soort ballon, waaraan een externe pomp is bevestigd. Als de ballon wordt 'opgeblazen' door xenon-atomen die in het gasblaasje stromen, de grootte verandert niet, maar de druk neemt wel toe - vergelijkbaar met een binnenband van een fietsband, " legt Dr. Leif Schröder uit. Omdat er veel meer xenon in de blaasjes terechtkomt dan bij conventionele contrastmiddelen, de xenon-atomen kunnen dan veel beter worden uitgelezen nadat ze het blaasje weer hebben verlaten en een veranderd signaal laten zien. Op deze manier, het beeldcontrast is vele malen hoger dan de achtergrondruis terwijl de kwaliteit van het beeld aanzienlijk wordt verbeterd.

Deze contrastmiddelen kunnen dus ook worden gebruikt om ziektemarkers te identificeren die in relatief lage concentraties voorkomen. Tijdens het verdere verloop van de samenwerking, de twee groepen zijn van plan deze contrastmiddelen te testen in initiële dierstudies. Het nieuw ontdekte gedrag zal een beslissend voordeel zijn om deze zeer gevoelige contrastmiddelen ook in levend weefsel te gebruiken. Dr. Leif Schröder en zijn team waren in staat om de eerste MRI-beelden te maken met deeltjesconcentraties die een miljoen keer lager zijn dan die van de huidige contrastmiddelen.