Появление технологии МРТ, которая используется для наблюдения за деталями конкретных органов или кровеносных сосудов, стало огромным благом для медицинской диагностики за последние несколько десятилетий. Около трети из 60 миллионов процедур МРТ, выполняемых ежегодно во всем мире, используют контрастные вещества, в основном содержащие элемент гадолиний.
Хотя эти контрастные вещества в основном доказали свою безопасность на протяжении многих лет использования, некоторые редкие, но значительные побочные эффекты проявлялись у очень небольшой группы пациентов. Благодаря этому новому исследованию вскоре может появиться более безопасная замена.Вместо контрастных веществ на основе гадолиния исследователи обнаружили, что они могут производить аналогичный контраст МРТ с крошечными наночастицами оксида железа, обработанными цвиттерионным покрытием. (Цвиттерионы — это молекулы, которые имеют области как положительных, так и отрицательных электрических зарядов, которые компенсируются, чтобы сделать их в целом нейтральными.) Результаты публикуются на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences, в статье Moungi Bawendi, the Лестер Вульф профессор химии Массачусетского технологического института; Хэ Вэй, постдок из Массачусетского технологического института; Оливер Брунс, научный сотрудник Массачусетского технологического института; Михаэль Кауль из Университетского медицинского центра Гамбург-Эппендорф в Германии; и 15 других.
Контрастные вещества, вводимые пациенту во время процедуры МРТ и предназначенные для того, чтобы впоследствии быстро выводиться из организма почками, необходимы для того, чтобы на изображениях были четко видны мелкие детали структур органов, кровеносных сосудов и других специфических тканей. Некоторые агенты создают темные области на итоговом изображении, а другие — светлые. Основные агенты для создания светлых участков содержат гадолиний.Частицы оксида железа в основном использовались в качестве отрицательных (темных) контрастных агентов, но радиологи в значительной степени предпочитают положительные (светлые) контрастные вещества, такие как агенты на основе гадолиния, поскольку отрицательный контраст иногда бывает трудно отличить от определенных артефактов изображения и внутреннего кровотечения.
Но хотя агенты на основе гадолиния стали стандартом, данные показывают, что в некоторых очень редких случаях они могут привести к неизлечимому состоянию, называемому нефрогенным системным фиброзом, которое может быть фатальным. Кроме того, теперь данные показывают, что гадолиний может накапливаться в головном мозге, и хотя никаких эффектов этого накопления еще не было продемонстрировано, FDA исследует его на предмет потенциального вреда.
«За последнее десятилетие обнаруживается все больше и больше побочных эффектов» от агентов гадолиния, говорит Брунс, что привело исследовательскую группу к поиску альтернатив. «Ни одна из этих проблем не существует для оксида железа», по крайней мере, ни одна из них еще не обнаружена, — говорит он.Ключевым новым открытием этой команды было объединение двух существующих технологий: создание очень крошечных частиц оксида железа и прикрепление определенных молекул (называемых поверхностными лигандами) к внешним сторонам этих частиц для оптимизации их характеристик. Неорганическое ядро из оксида железа достаточно мало, чтобы создавать ярко выраженный положительный контраст при МРТ, а цвиттерионный поверхностный лиганд, который недавно был разработан Вей и его коллегами из исследовательской группы Bawendi, делает частицы оксида железа водорастворимыми, компактными и биосовместимыми. .Комбинация очень крошечной сердцевины из оксида железа и ультратонкой оболочки лиганда приводит к общему гидродинамическому диаметру 4,7 нанометра, что ниже порога почечного клиренса 5,5 нанометра.
Это означает, что оксид железа, покрытый оболочкой, должен быстро выводиться через почки и не накапливаться. Это свойство почечного клиренса является важной особенностью, когда частицы действуют сравнимо с контрастными веществами на основе гадолиния.Теперь, когда первоначальные испытания продемонстрировали эффективность частиц в качестве контрастных агентов, Вэй и Брунс говорят, что следующим шагом будет проведение дальнейших токсикологических испытаний, чтобы показать безопасность частиц и продолжить улучшение характеристик материала. «Это не идеально. Нам нужно еще поработать», — говорит Брунс.
Но поскольку оксид железа использовался так долго и разными способами, даже в качестве добавки с железом, любые негативные эффекты, вероятно, можно было бы лечить с помощью хорошо установленных протоколов, говорят исследователи. Если все пойдет хорошо, команда рассматривает возможность создания новой компании, чтобы довести материал до производства.По словам Брунса, для некоторых пациентов, которые в настоящее время исключены из прохождения МРТ из-за потенциальных побочных эффектов гадолиния, новые агенты «могут позволить этим пациентам снова получить право» на процедуру.
И, если окажется, что накопление гадолиния в головном мозге имеет негативные последствия, может потребоваться полное поэтапное прекращение использования гадолиния для таких целей. «Если это так, то это потенциально может быть полная замена», — говорит он.В состав исследовательской группы входили исследователи из факультетов химии, биологической инженерии, ядерной науки и инженерии Массачусетского технологического института, науки о мозге и когнитивных наук, а также материаловедения и инженерии и его программы в области медицинских наук и технологий; и в Университетском медицинском центре Гамбург-Эппендорф; Брауновский университет; и Массачусетская больница общего профиля.
Он был поддержан Центром раковых нанотехнологий MIT-Harvard NIH, Исследовательским офисом армии через Институт солдатских нанотехнологий Массачусетского технологического института, Центром лазерных биомедицинских исследований, финансируемым Национальным институтом здравоохранения, Центром Дешпанде Массачусетского технологического института и Седьмой рамочной программой Европейского союза.