Agents de contraste à base de gadolinium, l'étalon-or en imagerie par résonance magnétique (IRM) pour déterminer la santé d'un patient, peut être amélioré, selon les ingénieurs de l'Université Rice qui affinent les modèles qu'ils ont d'abord utilisés pour améliorer la récupération du pétrole et du gaz.

L'équipe dirigée par Dilip Asthagiri et Philip Singer de la George R. Brown School of Engineering avait étudié comment les outils de résonance magnétique nucléaire, couramment utilisé dans l'industrie pétrolière pour caractériser les gisements souterrains, pourraient être optimisés grâce à des simulations de dynamique moléculaire.

"Nous avons abordé beaucoup de questions scientifiques fondamentales là-bas, et nous nous sommes demandé s'il y avait d'autres façons d'utiliser ces simulations, " dit Asthagiri.

"Il y a environ 100 millions d'IRM prises dans le monde chaque année, et environ 40 % d'entre eux utilisent des produits de contraste à base de gadolinium, mais la façon dont ils modélisent la réponse IRM à ces agents n'a pas changé de manière significative depuis les années 1980, " a déclaré Singer. "Nous avons pensé que ce serait un bon banc d'essai pour nos idées."

Les résultats de leurs recherches sont publiés dans le journal de la Royal Society of Chemistry Chimie Physique Physique Chimique .

Leur article démontre comment la limitation du nombre de paramètres dans les simulations a le potentiel d'améliorer l'analyse des agents de contraste à base de gadolinium et à quel point ils sont efficaces en imagerie pour le diagnostic clinique. Leur objectif est de fabriquer des agents de contraste meilleurs et plus personnalisables.

Les médecins utilisent des appareils d'IRM pour « voir » l'état des tissus mous à l'intérieur du corps, y compris le cerveau, en induisant des moments magnétiques dans les noyaux d'hydrogène des molécules d'eau toujours présentes à s'aligner le long du champ magnétique. L'appareil détecte des points lumineux lorsque les noyaux alignés "se détendent" à l'équilibre thermique suite à une excitation, et plus vite ils se détendent, plus le contraste est brillant.

C'est là qu'interviennent les agents de contraste paramagnétiques à base de gadolinium. "Les ions gadolinium augmentent la sensibilité et rendent le signal plus lumineux en diminuant le temps de relaxation T1 des noyaux d'hydrogène, " a déclaré Asthagiri. "Notre objectif ultime est d'aider à l'optimisation et à la conception de ces agents."

Typiquement, le gadolinium est "chélaté" - entouré d'ions métalliques - pour le rendre moins toxique. "Le corps n'élimine pas le gadolinium par lui-même et doit être chélaté pour que les reins puissent s'en débarrasser après un scanner, " a déclaré Singer. " Mais la chélation ralentit également la rotation moléculaire, et cela crée un meilleur contraste dans l'image IRM."

Les chercheurs ont noté que « chélate » vient du mot grec pour griffe. "Dans ce cas, ces griffes saisissent le gadolinium pour le rendre stable, " a-t-il déclaré. " Nous espérons que nos modèles nous aideront à concevoir une adhérence plus forte, ce qui les rendra plus sûrs tout en maximisant leur capacité à augmenter le contraste."

Ils ont reconnu que le gadolinium chélate, qui a révolutionné les tests IRM lors de son introduction à la fin des années 1980, ont été controversés ces derniers temps depuis qu'il a été découvert que les patients atteints d'insuffisance rénale étaient incapables d'éliminer toutes les toxines. « Ils ont depuis établi que si vous avez une bonne fonction rénale, les avantages l'emportent sur les risques potentiels, " a déclaré le chanteur.

L'équipe adapte également ses modèles au-delà des interactions avec l'eau. « Dans les systèmes biologiques, les cellules ont d'autres constituants comme les osmolytes et des dénaturants comme l'urée, donc nous modélisons le gadolinium avec ces différents environnements pour construire vers une variété d'applications, " dit Asthagiri.