I ricercatori dell'Università del Texas a Dallas stanno dando nuova vita a un vecchio agente di contrasto per risonanza magnetica attaccandolo a un virus vegetale e avvolgendolo in una gabbia chimica protettiva.

La nuova strategia mira a sviluppare un composto completamente organico e biodegradabile che eliminerebbe la necessità di utilizzare metalli pesanti come il gadolinio nei mezzi di contrasto, disse il dottor Jeremiah Gassensmith, professore associato di chimica e biochimica presso la School of Natural Sciences and Mathematics e corrispondente autore di uno studio pubblicato online il 5 febbraio sulla rivista Scienze chimiche , una pubblicazione della Royal Society of Chemistry.

La risonanza magnetica è una tecnologia di imaging medico comunemente utilizzata che consente ai medici di vedere i tessuti molli del corpo. Alcuni tessuti, come il cancro, si vedono meglio quando a un paziente viene somministrato un mezzo di contrasto, che fa risaltare parti malate del corpo in una risonanza magnetica. L'unica classe di mezzi di contrasto approvata per l'uso con la risonanza magnetica negli Stati Uniti si basa sul metallo pesante gadolinio, che viene tipicamente escreto attraverso l'urina del paziente dopo che è stata completata una risonanza magnetica.

A causa del suo uso diffuso, il gadolinio, che è in grado di infiltrarsi negli impianti di trattamento delle acque reflue, è sempre più presente nei bacini idrografici all'interno e intorno alle grandi aree metropolitane.

"I mezzi di contrasto a base di gadolinio sono usati così tanto e così spesso che, solo dai pazienti che lo espellono nelle loro urine, il metallo viene rilasciato nelle risorse idriche e nei sedimenti, " ha detto Gassensmith. "Le concentrazioni osservate sono ancora molto basse, ma, ciò nonostante, non è esattamente chiaro quali effetti potrebbe avere l'accumulo a lungo termine di gadolinio sul corpo".

Inoltre, per i pazienti con reni compromessi che hanno difficoltà ad espellere questi mezzi di contrasto, il gadolinio può aumentare il rischio di ulteriori danni ai reni.

"Per queste ragioni, volevamo inventare qualcosa che fosse biocompatibile e biodegradabile, qualcosa di completamente organico senza metalli pesanti, " Ha detto Gassensmith. Gassensmith e i suoi colleghi hanno rivisitato un tipo di agente di contrasto radicale organico, o ORCA, che era stato precedentemente considerato un agente di contrasto per la risonanza magnetica ma è stato abbandonato in parte perché non è abbastanza luminoso, e viene scomposto troppo rapidamente nel corpo dall'ascorbato, la vitamina C.

"Questo ORCA è un agente privo di metalli compatibile con le attuali tecniche di risonanza magnetica, è meno tossico per l'organismo ed è altamente biodegradabile. Sfortunatamente, da solo, non è molto luminoso, ed è così biodegradabile che è poco pratico da usare, " disse Gassensmith.

Il gruppo di ricerca di Gassensmith ha riproposto l'agente legando prima le molecole ORCA a migliaia di siti di attracco su un virus del mosaico del tabacco.

"Dato che si tratta di un virus vegetale, non può infettare persone o animali, ed è facilmente scomposto dal fegato. Perché il virus è così grande, ci permette anche di mettere migliaia di molecole di ORCA l'una accanto all'altra, " Ha detto Gassensmith. "È la differenza tra avere una luce per l'albero di Natale, che è piuttosto debole, e tutta una serie di loro insieme, che è abbastanza luminoso."

I ricercatori hanno anche dovuto proteggere l'agente in modo che durasse abbastanza a lungo nel corpo da essere pratico per l'uso della risonanza magnetica.

"Abbiamo messo l'ORCA in una gabbia, che nessuno aveva fatto prima, " disse Gassensmith.

Nello specifico, hanno fabbricato strutture chimiche cave chiamate cucurbiturili, così chiamati perché hanno la forma un po' di zucca (della famiglia delle Cucurbitacee), e li avvolse attorno a ciascuna molecola di ORCA.

"La gabbia e l'agente di contrasto si attaccano semplicemente insieme, non formano un legame chimico l'uno con l'altro, " Ha detto Gassensmith. "È simile al rapporto tra una chiave e una serratura. Poiché non esiste alcun legame chimico, ma le molecole si uniscono comunque, questo approccio è chiamato chimica 'supramolecolare', il che rende l'agente che abbiamo creato uno smORCA, un agente di contrasto radicale organico macromolecolare supramolecolare."

La gabbia è costruita come un setaccio in modo che l'acqua possa raggiungere l'ORCA. Ciò è necessario perché la risonanza magnetica utilizza l'acqua nel corpo per creare un'immagine. Allo stesso tempo, la gabbia blocca le molecole più grandi, come l'ascorbato, che può disattivare l'ORCA.

Nei topi, l'ORCA non protetto si è rotto entro circa 30 minuti, mentre la versione protetta ha fornito più di due ore di contrasto visibile.

"Tutto ciò che usiamo è stato testato o fa parte della ricerca medica per decenni. Li abbiamo semplicemente messi insieme in un modo nuovo, " ha detto Gassensmith. "Abbiamo ancora del lavoro da fare per dimostrare che il nostro materiale è stabile nel complesso ambiente del corpo umano, e vorremmo vedere se possiamo indirizzarlo a malattie specifiche come il cancro e altre anomalie nei tessuti.

"Ma penso che i nostri risultati siano un passo promettente verso lo sviluppo di smORCA in agenti di contrasto clinicamente validi".