Ruim zeven jaar geleden Albert J. Sinusas, MD, een professor in de geneeskunde, radiologie, en biomedische technologie, werkte met een team van ingenieurs aan de ontwikkeling van een beeldbaar polymeer voor het voorkomen van nadelige hermodellering na een hartaanval toen ze per ongeluk ontdekten dat wanneer jodium, een contrastmiddel dat wordt gebruikt voor röntgenbeeldvorming, is verpakt in een nanodeeltje, is er een grotere absorptie van röntgenstralen, wat de zichtbaarheid mogelijk verbetert.

Bij de ontwikkeling van dit nieuwe concept Sinusas, die het Yale Translational Research Imaging Center (Y-TRIC) leidt, wendde zich tot Tarek Fahmy, doctoraat, een universitair hoofddocent biomedische technologie en Dongin (Donoven) Kim, doctoraat, nu een assistent-professor aan de Universiteit van Oklahoma, en een van de eerste Y-TRIC-stagiairs ondersteund door een NIH T32-beurs voor training in multimodale moleculaire en translationele cardiovasculaire beeldvorming, die zojuist is verlengd voor nog eens vijf jaar financiering.

Het door Yale geleide onderzoeksteam ontdekte dat wanneer verpakt in een nanodeeltje, CT-contrastmiddelen, zoals jodium, verhoogde de absorptie van röntgenstralen met bijna een orde van grootte, waardoor de gevoeligheid voor beeldvorming en ziektekarakterisering wordt verbeterd en mogelijk de toxiciteit wordt verminderd in vergelijking met conventionele contrastmiddelen. Sinusas en het team van ingenieurs kregen eerder dit jaar op 26 januari een patent voor dit concept. 2021.

"We ontdekten dat wanneer contrastmiddelen worden gemaakt om te "verdringen" of te clusteren op nanoschaal (een paar honderd nanometer), dit de algehele sterkte van het contrast op een niet-lineaire manier verbetert, wat in het kort betekende dat de verstrooiing van elektromagnetische golven werd versterkt. We ontdekten ook dat dit gewoon niet alleen het röntgenversterkingseffect was, maar een algemeen elektromagnetisch golfeffect, wat betekent optische golven, Radio golven, en andere waar verbeterd, " zei Fammy.

Men denkt dat een nanodeeltje kleiner is dan 200 nanometer. Wanneer deze kleine deeltjes vol zitten met jodium, ze vervullen een essentiële rol in de medische beeldvorming van computertomografie (CT). CT-scans zijn gebaseerd op computerverwerkte röntgenstralen en hebben brede toepassingen in medische beeldvorming. Echter, onderzoekers zijn het erover eens dat dit diagnostische hulpmiddel ook een langetermijnrisico met zich meebrengt voor het ontwikkelen van secundaire kankers als gevolg van ioniserende straling. Op jodium gebaseerde verbindingen die vaak worden gebruikt in combinatie met röntgenbeeldvorming, kunnen leiden tot een verslechtering van de nierfunctie bij patiënten met een verminderde nierfunctie. Daarom, het gebruik van een verbeterde configuratie van deze contrastmiddelen kan diagnostische beeldvorming mogelijk maken met minder straling en een lagere concentratie van het contrast waardoor de algehele toxiciteit wordt verminderd.

Wanneer ingesloten of opgesloten in nanodeeltjes, het contrastmiddel vertoonde verschillende kenmerken die het CT-contrast verbeterden en de beeldvorming verbeterden. Er zouden meer röntgenstralen kunnen worden geabsorbeerd, wat de toxiciteit zou verminderen die gepaard gaat met hoge concentraties van deze contrastmiddelen. De middelen zijn gemaakt van een deel of polymeren die zorgen voor een langdurige circulatie en minimale vasculaire permeatie, en mogelijk langere retentietijden bij toediening in de hartspier om herstel na een blessure te verbeteren.

Voordelen:

1. Verbeterde gevoeligheid:verhoogde absorptie van röntgenstralen leidt tot verhoogde gevoeligheid voor contrastdetectie, het vergemakkelijken van moleculair gerichte beeldvorming.
2. Lagere kans op toxiciteit:Met verbeterde gevoeligheid, maakt gebruik van minder jodium mogelijk om toxiciteit te verminderen
3. Integratie met door de FDA goedgekeurde nanomaterialen:met de opname van jodium in door de FDA goedgekeurde polymeren, er is een grotere kans op commercialisering.

Onderzoek naar de diagnostische en therapeutische mogelijkheden van scanners voor medische beeldvorming

Sinusas is de auteur van meer dan 250 peer-reviewed publicaties en heeft meerdere patenten ontvangen met betrekking tot multimodale cardiovasculaire beeldvorming. Op 7 januari 2020 Sinusas kreeg opnieuw een patent voor een kathetergebaseerd systeem met een intrekbare naald die hij ontwikkelde met Farhad Daghighian, doctoraat, als een minimaal invasieve methode om moleculair gerichte radiotracers te detecteren die worden gebruikt voor positronemissietomografie (PET) -scanning. Deze op katheters gebaseerde technologie zou kunnen worden gebruikt om de afgifte van gejodeerde theranostische polymeren te begeleiden ter preventie van de nadelige hermodellering na een hartaanval.

Sinusas en John Stendahl, MD, doctoraat, ook een voormalig T32-stagiair, testen nu de toepassingen van op groepen gebaseerde contrastmiddelen voor het verbeteren van de beeldvorming van bioresorbeerbare stents, en andere toekomstige beeldtechnologieën, voor ziektedetectie in een vroeg stadium en begeleidende therapie.

Onlangs, Kim was de co-auteur van een paper waarin de voordelen van nano-opsluiting werden onderzocht. Het manuscript "Nanoconfinement-mediated cancer theranostics, " werd op 27 januari gepubliceerd in de Archieven van farmaceutisch onderzoek .