Los nanocientíficos de la Universidad de Rice han demostrado un método para cargar hierro dentro de nanopartículas para crear agentes de contraste de IRM que superen a los quelatos de gadolinio, el principal agente de contraste que enfrenta un mayor escrutinio debido a posibles problemas de seguridad.
"La posibilidad de eliminar la exposición al gadolinio y obtener una mejora doble en el rendimiento del contraste de T1 MRI va a intrigar a los radiólogos", dijo Naomi Halas de Rice, investigadora principal del proyecto. "Cuando se enteran de que hemos hecho esto conhierro, espero que se sorprendan mucho "
Los agentes de contraste son medicamentos que mejoran las imágenes de resonancia magnética y facilitan la interpretación de los radiólogos. Los radiólogos pueden "ponderar" los resultados de una resonancia magnética y hacer que tejidos específicos parezcan más brillantes u oscuros al variar las condiciones de la prueba. Dos técnicas de ponderación:- Se usan T1 y T2. Si bien los agentes de contraste a base de hierro se emplean con frecuencia para las exploraciones T2, existen pocas alternativas clínicamente disponibles al gadolinio para las pruebas T1.
"Los quelatos de hierro no son nuevos", dijo Halas. "Se cree ampliamente que no son totalmente prácticos para el contraste T1, pero este estudio es una ilustración perfecta de cuán diferentes pueden ser las cosas cuando se trabaja a escala nanométrica".
Halas y sus colegas de Rice y el MD Anderson Cancer Center de la Universidad de Texas describen sus hallazgos en un documento disponible en línea en la revista American Chemical Society ACS Nano . En el estudio, crearon una versión modificada de nanomatryoshkas, nanopartículas concéntricas en capas que toman su nombre de las muñecas rusas de anidación.
Nanomatryoshkas y nanocápsulas, otra nanopartícula en capas que Halas inventó en Rice hace más de 20 años, son aproximadamente 20 veces más pequeñas que un glóbulo rojo y están formadas por capas de metal conductor y sílice no conductora. Al variar el grosor de las capas, El equipo de Halas sintoniza las partículas para interactuar con longitudes de onda de luz específicas. Por ejemplo, tanto las nanocámaras como las nanomatryoshkas pueden convertir la luz infrarroja cercana en calor inofensiva. Este calentamiento intenso y localizado se ha utilizado para destruir el cáncer en varios ensayos de nanocápsulas,incluido un ensayo en curso para el tratamiento del cáncer de próstata.
El nuevo estudio es el último capítulo de los esfuerzos de Halas para crear nanopartículas activadas por la luz con una combinación de características terapéuticas y de diagnóstico. Estas partículas "teranósticas" podrían permitir a los médicos diagnosticar y tratar el cáncer en la misma consulta o visita al hospital.
Luke Henderson, un estudiante graduado de Rice y autor principal de la ACS Nano el papel decía: "Si los médicos pudieran visualizar las partículas a través de algún tipo de imagen, la terapia podría ser más rápida y más efectiva. Por ejemplo, imagine un escenario en el que se realiza una exploración para verificar el tamaño y la ubicación del tumor, el calor esluego se genera para tratar el tumor y se realiza otro escaneo para verificar que todo el tumor fue destruido "
Cuando Henderson, un químico, se unió al Laboratorio de Nanofotónica de Halas en 2016, el equipo de Halas ya había demostrado que podía agregar tintes fluorescentes a las nanomatryoshkas para hacerlos visibles en los escaneos de diagnóstico. También se estaba trabajando en un estudio publicado en 2017 que mostrólos quelatos de gadolinio podrían incrustarse en la capa de sílice para el contraste de IRM.
Los escáneres de resonancia magnética visualizan el interior del cuerpo alineando brevemente los núcleos de los átomos de hidrógeno y midiendo cuánto tiempo tarda el núcleo en "relajarse" a su estado de reposo. Las propiedades de relajación varían según el tejido, y al alinear repetidamente los núcleos y medir los tiempos de relajación, unEl escáner de IRM crea una imagen detallada de los órganos, tejidos y estructuras del cuerpo. Los agentes de contraste mejoran la resolución del escáner al aumentar la tasa de relajación de las partículas.
Los quelatos de gadolinio revolucionaron las pruebas de resonancia magnética cuando se introdujeron a fines de la década de 1980 y se han usado más de 400 millones de veces. Aunque el gadolinio es un metal tóxico, el proceso de quelación cubre cada ion de gadolinio con una envoltura orgánica que reduce la exposición y permite el medicamentopasar del cuerpo a través de la micción en unas pocas horas
En 2013, los científicos japoneses hicieron el sorprendente descubrimiento de que el gadolinio de los agentes de contraste se había acumulado en el cerebro de algunos pacientes, y estudios posteriores encontraron depósitos similares en los huesos y otros órganos. Si bien no se han asociado efectos adversos para la salud con la resonancia magnética basada en gadolinioagentes de contraste, la FDA exigió a los fabricantes de medicamentos que agregaran advertencias a las guías de medicamentos para ocho agentes de contraste basados en gadolinio ampliamente utilizados en diciembre de 2017.
"En el trabajo anterior con gadolinio, notamos que el diseño de nanomatryoshka mejoraba la relajación de los quelatos de gadolinio incrustados", dijo Henderson. "Al mismo tiempo, estábamos escuchando más llamadas de la comunidad médica sobre alternativas al gadolinio, ydecidimos probar quelatos de hierro y ver si obtuvimos el mismo tipo de mejora "
Los resultados sorprendieron a todos. Henderson no solo fue capaz de aumentar la relajación del hierro, sino que también pudo cargar cuatro veces más hierro en cada nanomatryoshkas. Eso permitió que las nanomatryoshkas cargadas de hierro tuvieran el doble de rendimiento que los quelatos de gadolinio clínicamente disponibles..
Henderson también encontró una forma genérica de cambiar el tipo de metal que se cargó. Al agregar las moléculas de quelato descargadas a la sílice primero, descubrió que podía cargar metal remojando las partículas en un baño de sales de metal. Al cambiar los metales enEn el baño, descubrió que podía cargar fácilmente diferentes iones paramagnéticos, incluido el manganeso, en las nanomatryoshkas.
Después de que los iones metálicos se cargaron en la sílice, se agregó la capa final de la nanomatryoshka, la cubierta de oro externa. La cubierta, que es vital para los plasmónicos, también sirve como barrera para evitar la filtración de iones. Henderson dijo que la barrera de orotambién tuvo un beneficio secundario para los tintes fluorescentes que agregó para el diagnóstico en modo dual.
"Todos los tintes fluorescentes están sujetos a blanqueamiento fotográfico, lo que significa que se desvanecen con el tiempo y eventualmente no emitirán una señal medible", dijo Henderson. "Incluso si los congela, lo que ralentiza el blanqueamiento, generalmente noduró más de un par de semanas. Estaba mirando una muestra antigua de nanomatryoshkas que había estado en el refrigerador durante meses, y descubrí que todavía estaban fluorescentes bastante bien. Cuando miramos más de cerca esto, descubrimos que los tintes tenían aproximadamente 23veces más estables cuando estaban dentro de las nanomatryoshkas "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Original escrito por Jade Boyd. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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