Uno studio della Northwestern University mostra che l'accoppiamento di un agente di contrasto per risonanza magnetica (MRI) a un nanodiamante si traduce in un'intensità del segnale notevolmente migliorata e quindi in un contrasto vivido dell'immagine.
"I risultati sono un salto di qualità e non da poco:è un evento rivoluzionario per la sensibilità, " ha detto Thomas J. Meade, l'Eileen Foell Professor in Cancer Research presso il Weinberg College of Arts and Sciences e la Feinberg School of Medicine. "Questo è un agente di imaging sotto steroidi. Il complesso è molto più sensibile di qualsiasi altra cosa che ho visto."
Meade ha condotto lo studio insieme a Dean Ho, assistente professore di ingegneria biomedica e ingegneria meccanica presso la McCormick School of Engineering and Applied Science.
Ho ha già dimostrato che i nanodiamanti hanno un'eccellente biocompatibilità e possono essere utilizzati per un'efficace somministrazione di farmaci. Questo nuovo lavoro apre la strada all'uso clinico dei nanodiamanti sia per fornire terapie che per monitorare a distanza l'attività e la posizione dei farmaci.
Lo studio, pubblicato online dalla rivista Nano lettere , è anche il primo rapporto pubblicato sui nanodiamanti ripresi dalla tecnologia MRI, al meglio delle conoscenze dei ricercatori. La capacità di visualizzare i nanodiamanti in vivo sarebbe utile negli studi biologici in cui la mappatura del destino cellulare a lungo termine è fondamentale, come il monitoraggio delle cellule delle isole beta o il monitoraggio delle cellule staminali.
La risonanza magnetica è una tecnica di imaging medico non invasivo che utilizza un agente di contrasto per via endovenosa per produrre immagini dettagliate delle strutture interne del corpo. La risonanza magnetica è in grado di penetrare in profondità nei tessuti, raggiunge un livello efficiente di contrasto dei tessuti molli con un'elevata risoluzione spaziale e temporale, e non necessita di radiazioni ionizzanti.
Gli agenti di contrasto sono utilizzati nella risonanza magnetica perché alterano la relassività (indicatore di efficacia del contrasto) e migliorano la risoluzione dell'immagine. Il gadolinio (Gd) è il materiale più comunemente utilizzato come mezzo di contrasto per la risonanza magnetica, ma la sua efficacia di contrasto può essere migliorata.
Meade, Ho e i loro colleghi hanno sviluppato un complesso di gadolinio(III)-nanodiamante che, in una serie di prove, dimostrato un significativo aumento della relassività e, a sua volta, un aumento significativo del miglioramento del contrasto. Il complesso Gd(III)-nanodiamante ha dimostrato un aumento della relassività maggiore di 10 volte, tra i valori per Gd(III) più alti riportati fino ad oggi. Questo rappresenta un importante progresso nell'efficienza dei mezzi di contrasto per la risonanza magnetica.
Ho e Meade hanno ripreso una varietà di campioni di nanodiamanti, compresi nanodiamanti decorati con varie concentrazioni di Gd(III), nanodiamanti non decorati e acqua. Il segnale intenso del complesso Gd(III)-nanodiamante era più brillante quando il livello di Gd(III) era più alto.
"I nanodiamanti hanno dimostrato di essere efficaci nell'attrarre molecole d'acqua sulla loro superficie, che può potenziare le proprietà di relassività del complesso Gd(III)-nanodiamante, " ha detto Ho. "Questo potrebbe spiegare perché questi complessi sono così brillanti e così buoni agenti di contrasto".
"I nanodiamanti sono assolutamente unici tra le nanoparticelle, "Meade ha detto. "Un nanodiamante è come una nave da carico:ci fornisce una piattaforma non tossica su cui mettere diversi tipi di farmaci e agenti di imaging".
La biocompatibilità del complesso Gd(III)-nanodiamante ne sottolinea la rilevanza clinica. Oltre a confermare il miglioramento del segnale prodotto dall'ibrido, i ricercatori hanno condotto studi di tossicità utilizzando fibroblasti e cellule HeLa come banchi di prova biologici.
Hanno trovato scarso impatto del complesso ibrido sulla vitalità cellulare, affermando la sicurezza intrinseca del complesso e posizionandolo come un nanomateriale clinicamente significativo. (Altri metodi di imaging con nanodiamanti, come agenti fluorescenti nanodiamanti, hanno una penetrazione tissutale limitata e sono più appropriati per applicazioni istologiche.)
I nanodiamanti sono materiali a base di carbonio di circa quattro-sei nanometri di diametro. La superficie di ogni nanodiamante possiede gruppi carbossilici che consentono di attaccarvi un ampio spettro di composti, non solo gadolinio(III).
I ricercatori stanno esplorando l'applicazione preclinica dell'ibrido agente di contrasto-nanodiamante per risonanza magnetica in vari modelli animali. Con un occhio all'ottimizzazione di questo nuovo materiale ibrido, stanno inoltre proseguendo gli studi sulla struttura del complesso Gd(III)-nanodiamante per apprendere come governa l'aumentata relassività.
Meade ha aperto la strada alla progettazione e alla sintesi di composti chimici per applicazioni nel rilevamento del cancro, segnalazione cellulare e regolazione genica. Ho ha aperto la strada allo sviluppo dei nanodiamanti e ha dimostrato la loro efficienza come veicoli per la somministrazione di farmaci. Entrambi sono membri del Robert H. Lurie Comprehensive Cancer Center della Northwestern University.
