Une étude de la Northwestern University montre que le couplage d'un agent de contraste d'imagerie par résonance magnétique (IRM) à un nanodiamant améliore considérablement l'intensité du signal et donc le contraste de l'image.
"Les résultats sont un saut et pas un petit - c'est un événement qui change la donne pour la sensibilité, " a déclaré Thomas J. Meade, le professeur Eileen Foell en recherche sur le cancer au Weinberg College of Arts and Sciences et à la Feinberg School of Medicine. "C'est un agent d'imagerie sous stéroïdes. Le complexe est bien plus sensible que tout ce que j'ai vu d'autre."
Meade a dirigé l'étude avec Dean Ho, professeur adjoint de génie biomédical et de génie mécanique à la McCormick School of Engineering and Applied Science.
Ho a déjà démontré que les nanodiamants ont une excellente biocompatibilité et peuvent être utilisés pour une administration efficace de médicaments. Ce nouveau travail ouvre la voie à l'utilisation clinique des nanodiamants pour à la fois fournir des traitements et suivre à distance l'activité et l'emplacement des médicaments.
L'étude, publié en ligne par la revue Lettres nano , est également le premier rapport publié de nanodiamants imagés par la technologie IRM, au meilleur des connaissances des chercheurs. La capacité d'imager des nanodiamants in vivo serait utile dans les études biologiques où la cartographie du devenir cellulaire à long terme est essentielle, comme le suivi des cellules des îlots bêta ou le suivi des cellules souches.
L'IRM est une technique d'imagerie médicale non invasive qui utilise un agent de contraste intraveineux pour produire des images détaillées des structures internes du corps. L'IRM est capable de pénétrer en profondeur dans les tissus, atteint un niveau efficace de contraste des tissus mous avec une résolution spatiale et temporelle élevée, et ne nécessite pas de rayonnement ionisant.
Les agents de contraste sont utilisés en IRM car ils modifient la relaxivité (indicateur d'efficacité du contraste) et améliorent la résolution de l'image. Le gadolinium (Gd) est le matériau le plus couramment utilisé comme agent de contraste en IRM, mais son efficacité de contraste peut être améliorée.
Meade, Ho et leurs collègues ont développé un complexe gadolinium(III)-nanodiamant qui, dans une série de tests, a démontré une augmentation significative de la relaxivité et, à son tour, une augmentation significative de l'amélioration du contraste. Le complexe Gd(III)-nanodiamant a démontré une augmentation de plus de 10 fois de la relaxivité - parmi les valeurs les plus élevées par Gd(III) signalées à ce jour. Cela représente une avancée importante dans l'efficacité des agents de contraste IRM.
Ho et Meade ont imagé une variété d'échantillons de nanodiamants, dont des nanodiamants décorés de différentes concentrations de Gd(III), nanodiamants non décorés et eau. Le signal intense du complexe Gd(III)-nanodiamant était le plus brillant lorsque le niveau de Gd(III) était le plus élevé.
"Les nanodiamants se sont avérés efficaces pour attirer les molécules d'eau à leur surface, qui peut améliorer les propriétés de relaxivité du complexe Gd(III)-nanodiamant, " a déclaré Ho. "Cela pourrait expliquer pourquoi ces complexes sont si brillants et si bons agents de contraste."
"Les nanodiamants sont tout à fait uniques parmi les nanoparticules, " Meade a dit. " Un nanodiamant est comme un cargo - il nous donne une plate-forme non toxique sur laquelle mettre différents types de médicaments et d'agents d'imagerie. "
La biocompatibilité du complexe Gd(III)-nanodiamant souligne sa pertinence clinique. En plus de confirmer l'amélioration du signal produit par l'hybride, les chercheurs ont mené des études de toxicité en utilisant des fibroblastes et des cellules HeLa comme bancs d'essai biologiques.
Ils ont trouvé peu d'impact du complexe hybride sur la viabilité cellulaire, affirmer la sécurité inhérente du complexe et le positionner comme un nanomatériau cliniquement significatif. (Autres méthodes d'imagerie au nanodiamant, tels que des agents nanodiamants fluorescents, ont une pénétration tissulaire limitée et sont plus appropriés pour les applications histologiques.)
Les nanodiamants sont des matériaux à base de carbone d'environ quatre à six nanomètres de diamètre. La surface de chaque nanodiamant possède des groupes carboxyle qui permettent d'y attacher un large spectre de composés, pas seulement le gadolinium (III).
Les chercheurs explorent l'application préclinique de l'hybride agent de contraste IRM-nanodiamant dans divers modèles animaux. Dans un souci d'optimisation de ce nouveau matériau hybride, ils poursuivent également des études sur la structure du complexe Gd(III)-nanodiamant pour savoir comment il régit l'augmentation de la relaxivité.
Meade a été le pionnier de la conception et de la synthèse de composés chimiques pour des applications dans la détection du cancer, la signalisation cellulaire et la régulation des gènes. Ho a été le pionnier du développement des nanodiamants et a démontré leur efficacité en tant que véhicules d'administration de médicaments. Tous deux sont membres du Robert H. Lurie Comprehensive Cancer Center de la Northwestern University.
