Les nanodiamants - des diamants industriels synthétiques mesurant seulement quelques nanomètres - ont récemment attiré une attention considérable en raison du potentiel qu'ils offrent pour l'administration ciblée de vaccins et de médicaments contre le cancer et pour d'autres utilisations. Jusqu'ici, les options pour l'imagerie des nanodiamants ont été limitées. Maintenant, une équipe de chercheurs basée au Centre d'imagerie biomédicale Athinoula A. Martinos du Massachusetts General Hospital a mis au point un moyen de suivre les nanodiamants de manière non invasive avec l'imagerie par résonance magnétique (IRM), l'ouverture d'une multitude de nouvelles applications. Ils rapportent leurs découvertes aujourd'hui dans le journal en ligne Communication Nature .
"Avec cette étude, nous avons montré que nous pouvions produire des images IRM pertinentes sur le plan biomédical en utilisant des nanodiamants comme source de contraste dans les images et que nous pouvions activer et désactiver le contraste à volonté, " dit David Waddington, auteur principal de l'article et doctorant à l'Université de Sydney en Australie. Waddington travaille actuellement avec Matthew Rosen, Doctorat, au Laboratoire d'imagerie à bas champ du Centre Martinos. "Avec des stratégies concurrentes, les nanodiamants doivent être préparés en externe puis injectés dans l'organisme, où ils ne peuvent être imagés que pendant quelques heures au maximum. Cependant, comme notre technique est biocompatible, nous pouvons continuer l'imagerie pendant des périodes indéterminées. Cela soulève la possibilité de suivre la livraison de composés nanodiamants-médicaments pour une variété de maladies et de fournir des informations vitales sur l'efficacité des différentes options de traitement. »
Waddington a commencé ce travail il y a trois ans dans le cadre d'une bourse Fulbright décernée au début de ses études supérieures à l'Université de Sydney, où il est membre d'une équipe dirigée par le co-auteur de l'étude David Reilly, Doctorat, dans le nouveau Sydney Nanoscience Hub - le siège de l'Australian Institute for Nanoscale Science and Technology, qui a été lancé l'année dernière. Au sein du groupe Reilly, Waddington a joué un rôle crucial dans les premiers succès de l'imagerie au nanodiamant, dont un article de 2015 dans Communication Nature . Il a ensuite cherché à étendre le potentiel de l'approche en collaborant avec Rosen au Martinos Center et Ronald Walsworth, Doctorat, à l'université Harvard, également co-auteur de la présente étude. Le groupe Rosen est un leader mondial dans le domaine de l'imagerie par résonance magnétique à ultra-faible champ, une technique qui s'est avérée essentielle au développement de l'imagerie in vivo des nanodiamants.
Précédemment, l'utilisation de l'imagerie nanodiamant dans les systèmes vivants était limitée aux régions accessibles à l'aide de techniques de fluorescence optique. Cependant, les applications diagnostiques et thérapeutiques les plus potentielles des nanoparticules, y compris le suivi de processus pathologiques complexes comme le cancer, appel à l'utilisation de l'IRM - l'étalon-or pour non invasif, contraste élevé, imagerie clinique en trois dimensions.
Dans la présente étude, les chercheurs montrent qu'ils pourraient réaliser une IRM améliorée au nanodiamant en tirant parti d'un phénomène connu sous le nom d'effet Overhauser pour amplifier le signal de résonance magnétique intrinsèquement faible du diamant grâce à un processus appelé hyperpolarisation, dans lequel les noyaux sont alignés à l'intérieur d'un diamant afin qu'ils créent un signal détectable par un scanner IRM. L'approche conventionnelle de l'hyperpolarisation utilise des techniques de physique du solide à des températures cryogéniques, mais l'amplification du signal ne dure pas très longtemps et a presque disparu au moment où le composé nanoparticulaire est injecté dans le corps. En associant l'effet Overhauser aux avancées de l'IRM ultra-bas champ issues du Martinos Center, les chercheurs ont pu surmonter cette limitation - ouvrant ainsi la voie à une imagerie nanodiamant in vivo à contraste élevé sur des périodes de temps indéfiniment longues.
L'IRM ultra-bas champ haute performance est en elle-même une technologie relativement nouvelle, signalé pour la première fois dans Rapports scientifiques en 2015 par des collègues du Rosen et du Martinos Center. « Grâce à une ingénierie innovante, stratégies d'acquisition et traitement du signal, la technologie offre une vitesse et une résolution jusqu'ici inaccessibles dans le régime d'IRM à ultra-faible champ, " dit Rosen, directeur du Laboratoire d'imagerie à bas champ, professeur adjoint de radiologie à la Harvard Medical School et auteur principal du présent article. « Et surtout, en supprimant le besoin de massif, aimants supraconducteurs refroidis par cryogène, il ouvre un certain nombre de nouvelles opportunités, y compris la technique d'imagerie au nanodiamant que nous venons de décrire."
Les chercheurs ont noté plusieurs applications possibles pour leur nouvelle approche de l'IRM rehaussée de nanodiamants. Ceux-ci incluent la détection précise des tumeurs des ganglions lymphatiques, qui peut aider dans le traitement du cancer de la prostate métastatique, et explorer la perméabilité de la barrière hémato-encéphalique, qui peut jouer un rôle important dans la gestion de l'AVC ischémique. Parce qu'il fournit un signal MR mesurable pour des périodes de plus d'un mois, la technique pourrait bénéficier à des applications telles que la surveillance de la réponse au traitement.
Le suivi du traitement inclut des applications dans le domaine en plein essor de la médecine personnalisée. « L'administration de médicaments hautement spécifiques est fortement corrélée à des résultats positifs pour les patients, " dit Waddington, qui a reçu le prix Journal of Magnetic Resonance Young Scientist Award lors de la conférence Experimental NMR 2016 en reconnaissance de ce travail. "Toutefois, la réponse à ces médicaments varie souvent considérablement d'un individu à l'autre. La capacité d'imager et de suivre la livraison de ces composés nanodiamant-médicament serait, donc, être très avantageux pour le développement de traitements personnalisés.
Les chercheurs continuent d'explorer le potentiel de la technique et prévoient maintenant une étude détaillée de l'approche dans un modèle animal, tout en étudiant le comportement de différents complexes nanodiamant-médicament et en les imageant avec la nouvelle capacité.
