Una nuova, nanoparticelle di ossido di ferro appositamente rivestite sviluppate da un team del MIT e altrove potrebbero fornire un'alternativa agli agenti di contrasto convenzionali a base di gadolinio utilizzati per le procedure di risonanza magnetica (MRI). In rari casi, è stato riscontrato che gli agenti gadolinio attualmente utilizzati producono effetti avversi in pazienti con funzionalità renale compromessa.

L'avvento della tecnologia MRI, che viene utilizzato per osservare i dettagli di organi o vasi sanguigni specifici, è stato un enorme vantaggio per la diagnostica medica negli ultimi decenni. Circa un terzo dei 60 milioni di procedure di risonanza magnetica eseguite ogni anno in tutto il mondo utilizzano agenti che aumentano il contrasto, contenente principalmente l'elemento gadolinio. Sebbene questi agenti di contrasto si siano dimostrati per lo più sicuri in molti anni di utilizzo, alcuni effetti collaterali rari ma significativi si sono manifestati in un sottogruppo molto piccolo di pazienti. Potrebbe presto esserci un sostituto più sicuro grazie a questa nuova ricerca.

Al posto dei mezzi di contrasto a base di gadolinio, i ricercatori hanno scoperto che possono produrre un contrasto MRI simile con minuscole nanoparticelle di ossido di ferro che sono state trattate con un rivestimento di zwitterion. (Gli zwitterioni sono molecole che hanno aree di cariche elettriche sia positive che negative, che si annullano per renderli complessivamente neutri.) I risultati sono stati pubblicati questa settimana nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , in un articolo di Moungi Bawendi, il professore di chimica Lester Wolfe al MIT; Lui Wei, un postdottorato al MIT; Oliver Bruns, un ricercatore del MIT; Michael Kaul presso l'University Medical Center Hamburg-Eppendorf in Germania; e altri 15.

agenti di contrasto, iniettato nel paziente durante una procedura di risonanza magnetica e progettato per essere rapidamente eliminato dal corpo dai reni in seguito, sono necessari per fare i dettagli fini delle strutture degli organi, vasi sanguigni, e altri tessuti specifici chiaramente visibili nelle immagini. Alcuni agenti producono aree scure nell'immagine risultante, mentre altri producono aree chiare. Gli agenti primari per la produzione di aree chiare contengono gadolinio.

Le particelle di ossido di ferro sono state ampiamente utilizzate come agenti di contrasto negativi (scuri), ma i radiologi preferiscono di gran lunga agenti di contrasto positivi (leggeri) come agenti a base di gadolinio, poiché il contrasto negativo a volte può essere difficile da distinguere da alcuni artefatti di imaging e emorragie interne. Ma mentre gli agenti a base di gadolinio sono diventati lo standard, le prove mostrano che in alcuni casi molto rari possono portare a una condizione non trattabile chiamata fibrosi sistemica nefrogenica, che può essere fatale. Inoltre, le prove ora mostrano che il gadolinio può accumularsi nel cervello, e sebbene non siano stati ancora dimostrati gli effetti di questo accumulo, la FDA sta indagando per potenziali danni.

"Nell'ultima decade, sempre più effetti collaterali sono venuti alla luce" dagli agenti del gadolinio, Bruns dice, così che ha portato il team di ricerca a cercare alternative. "Nessuno di questi problemi esiste per l'ossido di ferro, "almeno nessuno che sia stato ancora rilevato, lui dice.

La nuova scoperta chiave di questo team è stata quella di combinare due tecniche esistenti:produrre particelle molto piccole di ossido di ferro, e attaccare alcune molecole (chiamate ligandi di superficie) all'esterno di queste particelle per ottimizzarne le caratteristiche. Il nucleo inorganico di ossido di ferro è abbastanza piccolo da produrre un pronunciato contrasto positivo nella risonanza magnetica, e il ligando di superficie zwitterionico, che è stato recentemente sviluppato da Wei e dai colleghi del gruppo di ricerca Bawendi, rende le particelle di ossido di ferro solubili in acqua, compatto, e biocompatibile.

La combinazione di un nucleo di ossido di ferro molto piccolo e un guscio di legante ultrasottile porta a un diametro idrodinamico totale di 4,7 nanometri, al di sotto della soglia di clearance renale di 5,5 nanometri. Ciò significa che l'ossido di ferro rivestito dovrebbe passare rapidamente attraverso i reni e non accumularsi. Questa proprietà di clearance renale è una caratteristica importante in cui le particelle si comportano in modo comparabile agli agenti di contrasto a base di gadolinio.

Ora che i primi test hanno dimostrato l'efficacia delle particelle come mezzi di contrasto, Wei e Bruns affermano che il prossimo passo sarà fare ulteriori test tossicologici per dimostrare la sicurezza delle particelle, e per continuare a migliorare le caratteristiche del materiale. "Non è perfetto. Abbiamo più lavoro da fare, " dice Bruns. Ma poiché l'ossido di ferro è stato usato per così tanto tempo e in così tanti modi, anche come integratore di ferro, eventuali effetti negativi potrebbero essere probabilmente trattati da protocolli consolidati, dicono i ricercatori. Se tutto va bene, il team sta valutando la creazione di una società di avvio per portare il materiale in produzione.

Per alcuni pazienti che sono attualmente esclusi dalla risonanza magnetica a causa dei potenziali effetti collaterali del gadolinio, i nuovi agenti "potrebbero consentire a quei pazienti di essere nuovamente eleggibili" per la procedura, dice Bruns. E, se si scopre che l'accumulo di gadolinio nel cervello ha effetti negativi, potrebbe essere necessaria una graduale eliminazione del gadolinio per tali usi. "Se così fosse, questo potrebbe essere potenzialmente un sostituto completo, " lui dice.

Il team di ricerca includeva ricercatori nel campo della chimica del MIT, ingegneria biologica, scienza e ingegneria nucleare, cervello e scienze cognitive, e dipartimenti di scienza e ingegneria dei materiali e il suo programma in Scienze e tecnologie della salute; e presso l'University Medical Center Hamburg-Eppendorf; Università Brown; e il Massachusetts General Hospital. È stato supportato dal MIT-Harvard NIH Center for Cancer Nanotechnology, l'Ufficio di ricerca dell'esercito attraverso l'Istituto per le nanotecnologie del soldato del MIT, il Centro di ricerca biomedica laser finanziato dal NIH, il Centro Deshpande del MIT, e il Settimo programma quadro dell'Unione europea.