Per migliorare la visibilità degli organi durante la scansione con la risonanza magnetica (MRI), i pazienti vengono solitamente iniettati con un composto noto come agente di contrasto prima di entrare nello scanner. I mezzi di contrasto per risonanza magnetica più comunemente utilizzati sono a base di gadolinio metallico; però, questi composti metallici possono essere dannosi per i bambini piccoli o per le persone con problemi ai reni.

I ricercatori del MIT e dell'Università del Nebraska hanno ora sviluppato un agente di contrasto privo di metalli che potrebbe essere più sicuro da usare in quei gruppi ad alto rischio. Al posto del metallo, questo composto contiene molecole organiche chiamate nitrossidi.

Per di più, il nuovo agente potrebbe essere utilizzato per generare scansioni MRI più informative dei tumori perché può accumularsi in un sito tumorale per molte ore senza causare danni.

"Questo è un prodotto del tutto organico, agente di contrasto per risonanza magnetica privo di metalli che consentirebbe ai ricercatori sul cancro di iniziare a pensare a come visualizzare i tumori in modo dinamico per lunghi periodi di tempo, "dice Geremia Johnson, il Professore Associato di Chimica per lo sviluppo della carriera di Firmenich al MIT.

Johnson è l'autore senior dello studio, che appare sul giornale Scienze Centrali ACS . L'autore principale del documento è lo studente laureato del MIT Hung Nyugen. Altri autori del MIT sono l'ex postdoc Qixian Chen, postdoc Peter Harvey, studente laureato Yivan Jiang, e professore di ingegneria biologica Alan Jasanoff.

Alternative al metallo

Le scansioni MRI si basano spesso su agenti di contrasto che interagiscono con l'acqua, influenzando il modo in cui le molecole d'acqua rispondono a un campo magnetico. Si dice che gli agenti di contrasto che esercitano un forte effetto abbiano un'elevata "rilassività, " che migliora il contrasto visivo tra l'organo bersaglio e il tessuto circostante.

La maggior parte dei mezzi di contrasto per risonanza magnetica sono a base di gadolinio, che ha una relassività molto elevata. Questi agenti vengono solitamente escreti dai reni entro circa mezz'ora, quindi non possono essere utilizzati in persone con determinati tipi di problemi renali perché il gadolinio si accumulerà e aggraverà il danno renale. Alcuni agenti sono anche considerati potenzialmente pericolosi da usare nei bambini.

"Gli agenti di gadolinio sono di gran lunga i più comunemente usati, clinicamente, " dice Jasanoff. "Tuttavia, le persone hanno alcuni problemi di sicurezza su di loro, nonostante il loro ampio utilizzo. C'è stato interesse a ricorrere a mezzi di contrasto non contenenti gadolinio".

Meno utilizzati sono i mezzi di contrasto a base di nanoparticelle di ossido di ferro, che sono considerati in qualche modo più sicuri perché il corpo contiene già ferro. Ma alcuni di questi hanno anche generato problemi di sicurezza di recente.

Come possibile alternativa, scienziati hanno provato a sviluppare agenti non metallici come i radicali organici, che sono composti organici che hanno elettroni spaiati. Però, questi composti tendono ad essere molto instabili, quindi di solito vengono scomposti nel flusso sanguigno in pochi minuti. Anche, queste molecole hanno generalmente un solo elettrone spaiato, quindi non producono tanto contrasto MRI quanto gli agenti metallici.

In uno studio pubblicato nel 2014, Johnson e i suoi colleghi hanno cercato di migliorare la relassività dei radicali nitrossido assemblandoli in una struttura nota come polimero per scovolini. Ciò ha migliorato la loro stabilità e relassività, ma non abbastanza per l'imaging per lunghi periodi di tempo, che è spesso necessario nell'imaging del cancro. Nel nuovo giornale, i ricercatori hanno caricato le molecole di nitrossido in un diverso tipo di struttura polimerica nota come polimero a stella con braccio a spazzola (BASP). Questa struttura consiste di molte catene polimeriche disposte in modo che la particella sferica abbia un nucleo idrofilo (che attira l'acqua) circondato da un guscio idrofobo (che repelle l'acqua).

I ricercatori hanno scoperto che la creazione di un'alta densità di molecole di nitrossido all'interfaccia tra il guscio e il nucleo delle nanoparticelle ha notevolmente aumentato la relassività della risonanza magnetica della particella complessiva, ad un livello simile a quello degli agenti a base di metalli.

Il guscio polimerico protegge anche i radicali dall'essere scomposti nel flusso sanguigno. Le particelle sono abbastanza stabili da durare nel flusso sanguigno fino a 20 ore, abbastanza a lungo da accumularsi in un tumore nei topi. I ricercatori hanno anche dimostrato che le nanoparticelle di nitrossido BASP non sono dannose per i topi anche a dosi molto elevate.

Monitoraggio a lungo termine

Johnson afferma che queste particelle potrebbero essere progettate per trasportare farmaci e un agente di contrasto per la risonanza magnetica, che consentirebbe l'imaging a lungo termine di un tumore per monitorare se il farmaco lo sta riducendo. Sta anche lavorando con i ricercatori del Koch Institute for Integrative Cancer Research del MIT per attaccare le particelle dell'agente di contrasto agli anticorpi che li aiuterebbe a colpire cellule specifiche per l'imaging e possibilmente la somministrazione di farmaci.

Un'altra possibilità è attaccare l'agente di contrasto alle cellule immunitarie progettate per attaccare il tumore di un paziente, permettendo alle cellule di essere tracciate all'interno del corpo. "Stiamo cercando di creare particelle che possiamo agganciare alle cellule e poi osservare le cellule muoversi in vivo, " dice Johnson.

Il suo laboratorio sta anche lavorando a versioni migliorate dell'agente di contrasto che hanno una densità di nitrossido ancora più elevata, migliorando così la loro relassività e potenziando ancora di più il contrasto della risonanza magnetica.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.