Pour améliorer la visibilité des organes lorsqu'ils sont scannés par imagerie par résonance magnétique (IRM), les patients reçoivent généralement une injection d'un composé connu sous le nom d'agent de contraste avant d'entrer dans le scanner. Les agents de contraste IRM les plus couramment utilisés sont à base de gadolinium métallique; cependant, ces composés métalliques peuvent être nocifs pour les jeunes enfants ou les personnes souffrant de problèmes rénaux.

Des chercheurs du MIT et de l'Université du Nebraska ont maintenant mis au point un agent de contraste sans métal qui pourrait être plus sûr à utiliser dans ces groupes à haut risque. Au lieu de métal, ce composé contient des molécules organiques appelées nitroxydes.

Par ailleurs, le nouvel agent pourrait être utilisé pour générer des IRM plus informatives des tumeurs, car il peut s'accumuler sur un site tumoral pendant de nombreuses heures sans causer de dommages.

"C'est un produit entièrement bio, agent de contraste IRM sans métal qui permettrait aux chercheurs en cancérologie de commencer à réfléchir à la manière d'imager les tumeurs de manière dynamique sur de longues périodes de temps, " dit Jérémie Johnson, le Firmenich Career Development Associate Professor of Chemistry au MIT.

Johnson est l'auteur principal de l'étude, qui paraît dans le journal ACS Science centrale . L'auteur principal de l'article est l'étudiant diplômé du MIT Hung Nyugen. Les autres auteurs du MIT sont l'ancien postdoctorant Qixian Chen, post-doctorant Peter Harvey, étudiant diplômé Yivan Jiang, et professeur de génie biologique Alan Jasanoff.

Alternatives au métal

Les IRM reposent souvent sur des agents de contraste qui interagissent avec l'eau, influencer la façon dont les molécules d'eau réagissent à un champ magnétique. On dit que les agents de contraste qui exercent un effet puissant ont une « relaxivité élevée, " qui améliore le contraste visuel entre l'organe cible et les tissus environnants.

La plupart des produits de contraste IRM sont à base de gadolinium, qui a une très grande relaxivité. Ces agents sont généralement excrétés par les reins en une demi-heure environ, ils ne peuvent donc pas être utilisés chez les personnes souffrant de certains types de problèmes rénaux, car le gadolinium s'accumulera et aggravera les lésions rénales. Certains agents sont également considérés comme potentiellement dangereux à utiliser chez les bébés.

« Les agents de gadolinium sont de loin les plus couramment utilisés, cliniquement, " dit Jasanoff. " Cependant, les gens ont des problèmes de sécurité à leur sujet, malgré leur large utilisation. Il y a eu un intérêt pour les produits de contraste ne contenant pas de gadolinium."

Les agents de contraste à base de nanoparticules d'oxyde de fer sont moins souvent utilisés, qui sont considérés comme un peu plus sûrs car le corps contient déjà du fer. Mais certains d'entre eux ont également généré des problèmes de sécurité récemment.

Comme alternative possible, les scientifiques ont essayé de développer des agents non métalliques tels que les radicaux organiques, qui sont des composés organiques qui ont des électrons non appariés. Cependant, ces composés ont tendance à être très instables, ils sont donc généralement décomposés dans la circulation sanguine en quelques minutes. Aussi, ces molécules n'ont généralement qu'un seul électron non apparié, ils ne produisent donc pas autant de contraste IRM que les agents métalliques.

Dans une étude publiée en 2014, Johnson et ses collègues ont essayé d'améliorer la relaxivité des radicaux nitroxyde en les assemblant dans une structure connue sous le nom de polymère de goupillon. Cela a amélioré leur stabilité et leur relaxivité, mais pas assez pour l'imagerie sur de longues périodes, ce qui est souvent nécessaire en imagerie du cancer. Dans le nouveau journal, les chercheurs ont chargé les molécules de nitroxyde dans un type différent de structure polymère connue sous le nom de polymère en étoile à bras de brosse (BASP). Cette structure se compose de nombreuses chaînes polymères disposées de manière à ce que la particule sphérique ait un noyau hydrophile (attirant l'eau) entouré d'une enveloppe hydrophobe (répulsive de l'eau).

Les chercheurs ont découvert que la création d'une haute densité de molécules de nitroxyde à l'interface entre la coque et le noyau des nanoparticules augmentait considérablement la relaxivité IRM de la particule globale, à un niveau similaire à celui des agents à base de métaux.

La coque en polymère protège également les radicaux d'être décomposés dans la circulation sanguine. Les particules sont suffisamment stables pour rester dans la circulation sanguine jusqu'à 20 heures, assez longtemps pour s'accumuler dans une tumeur chez la souris. Les chercheurs ont également montré que les nanoparticules de nitroxyde BASP ne sont pas nocives pour les souris, même à très fortes doses.

Surveillance à long terme

Johnson dit que ces particules pourraient être conçues pour transporter des médicaments ainsi qu'un agent de contraste IRM, ce qui permettrait une imagerie à long terme d'une tumeur pour surveiller si le médicament la rétrécit. Il travaille également avec des chercheurs du Koch Institute for Integrative Cancer Research du MIT pour attacher les particules d'agent de contraste aux anticorps qui les aideraient à cibler des cellules spécifiques pour l'imagerie et éventuellement l'administration de médicaments.

Une autre possibilité consiste à attacher l'agent de contraste aux cellules immunitaires conçues pour attaquer la tumeur d'un patient, permettant de suivre les cellules à l'intérieur du corps. "Nous essayons de fabriquer des particules que nous pouvons ancrer sur les cellules, puis de regarder les cellules se déplacer in vivo, " dit Johnson.

Son laboratoire travaille également sur des versions améliorées de l'agent de contraste qui ont une densité encore plus élevée de nitroxyde, améliorant ainsi leur relaxivité et améliorant encore le contraste de l'IRM.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.