(Phys.org) —Quand Hyunjoon Kong, professeur agrégé de génie chimique et biomoléculaire à l'Université de l'Illinois, étudiant diplômé Cartney Smith, et ses collègues ont entrepris d'améliorer l'imagerie par résonance magnétique (IRM), ils ont bouleversé la technologie actuelle des agents de contraste - ou plutôt, ils l'ont retourné. Le nouveau composé qu'ils ont conçu en collaboration avec le professeur de chimie Roger Adams de l'Illinois Steven C. Zimmerman est non seulement plus efficace, mais aussi auto-assemblable. Kong est également membre du thème de recherche Biologie régénérative et génie tissulaire de l'Institute for Genomic Biology.

Lorsque les médecins effectuent une IRM, ils administrent un agent de contraste :un produit chimique qui, lorsqu'il est injecté dans la circulation sanguine ou ingéré par le patient juste avant l'IRM, améliore la clarté des structures ou des organes dans l'image résultante. Une classe commune d'agent de contraste, souvent utilisé pour l'imagerie des vaisseaux sanguins et des hémorragies internes, contient du gadolinium, une terre rare.

Récemment, des chercheurs biomédicaux ont trouvé des moyens d'augmenter l'efficacité de certains agents de contraste en les associant à des nanoparticules. L'agent de contraste utilisé est conditionné à l'intérieur ou collé à la surface de particules microscopiques, qui peut être conçu pour cibler certaines régions du corps ou prolonger l'activité de l'agent.

Les chercheurs explorent maintenant l'utilisation polyvalente des nanoparticules. Si les particules pouvaient être chargées de plusieurs types d'agents de contraste ou de colorants au lieu d'un, ou un agent de contraste avec un autre type d'aide au diagnostic ou un médicament, les médecins pourraient tester et traiter plus efficacement les maladies, et limiter le nombre d'injections reçues par les patients.

Tout comme les tout-petits partageant un nouveau jouet, bien que, les composés emballés ensemble dans une nanoparticule ne peuvent pas toujours bien fonctionner ensemble. Par exemple, les agents de contraste peuvent se lier à d'autres produits chimiques, réduisant leur efficacité. En outre, lorsque des agents de contraste sont enfermés à l'intérieur d'une nanoparticule, ils peuvent ne pas fonctionner aussi bien. Les tentatives pour attacher des agents à la surface externe des nanoparticules via la formation covalente sont également problématiques, car ils peuvent affecter négativement l'activité des nanoparticules ou des composés qu'elles portent.

Kong, Smith et ses collègues ont relevé ces défis en utilisant les interactions entre les biomolécules naturelles comme guide. De nombreux types de protéines sont fortement attachés aux membranes cellulaires et non par des liaisons covalentes, mais par la somme de multiples forces plus faibles - l'attraction de charges positives et négatives, et la tendance des substances non polaires (de type huileux) à se chercher les unes les autres et à éviter l'eau.

Le groupe a émis l'hypothèse que les mêmes types de forces pourraient être utilisés pour fixer un agent de contraste à la surface d'un type de nanoparticule appelé liposome, qui ressemble à un petit morceau de membrane cellulaire en forme de petite bulle. Les chercheurs ont conçu une molécule de "fixation", DTPA-chitosan-g-C18, qui est facturé, l'attirant vers le liposome et le liant à l'agent de contraste gadolinium. Une région non polaire l'ancre à la membrane du liposome.

Dans une série d'expériences rapportées dans un récent ACS Nano article (DOI :10.1021/nn4026228), Kong et d'autres ont démontré que leur molécule de fixation s'insère facilement dans la membrane de liposomes préfabriqués. Gadolinium associé de manière stable aux nanoparticules modifiées en solution, et des expériences sur des modèles animaux ont montré que ces nanoparticules produisaient des images diagnostiques claires.

"La stratégie fonctionne comme le Velcro au niveau moléculaire pour faire adhérer les unités fonctionnelles au feuillet externe d'un liposome, " dit Smith, qui était le premier auteur de l'étude. « Ce travail représente une nouvelle stratégie de conception de matériaux qui est évolutive et facile à mettre en œuvre. Le développement d'agents de contraste améliorés a le potentiel d'avoir un impact direct sur la vie des patients en détectant les vaisseaux sanguins endommagés.

L'une des difficultés du travail avec les liposomes est leur tendance à se dégrader à l'intérieur du corps. Lorsque les liposomes chargés d'attaches se sont dégradés, une partie de l'efficacité du gadolinium a été perdue. Dans une deuxième étude publiée dans Langmuir (DOI :10.1021/la500412r), Kong et Smith ont développé un procédé de réticulation chimique des composants de la nanoparticule qui prolonge la durée de vie des nanoparticules dans des conditions biologiques.