Qu'ont en commun les nouveau-nés et les personnes souffrant de problèmes rénaux ?

Ce qui peut ressembler à la configuration d'une blague a en fait une réponse clinique :les deux groupes peuvent faire face à des risques pour la santé lorsqu'ils sont injectés avec des agents contenant des métaux parfois nécessaires pour améliorer le contraste des couleurs - et la valeur diagnostique - des IRM.

Mais une nouvelle nanoparticule sans métal développée par l'Université du Nebraska-Lincoln et le MIT pourrait aider à contourner ces obstacles liés à la santé et à l'âge au puissant outil de diagnostic, que les médecins utilisent pour enquêter ou confirmer un large éventail de problèmes médicaux.

La nanoparticule de l'équipe contient une molécule non métallique qui améliore le contraste de l'IRM pour aider à distinguer les tissus corporels, une tâche généralement effectuée par des agents de contraste contenant du gadolinium ou d'autres métaux.

Il a également survécu assez longtemps pour se rassembler autour des tumeurs chez la souris, suggérant que la nanoparticule pourrait aider à détecter les cancers ainsi que ses homologues métalliques tout en éliminant les préoccupations concernant l'accumulation à long terme de métal dans le corps.

Contraste dans les styles

Les molécules résidant dans la nanoparticule de l'équipe appartiennent à une famille connue sous le nom de nitroxydes, qui sont parmi les alternatives les plus prometteuses aux agents métalliques souvent injectés aux patients avant de subir des IRM.

Mais les antioxydants dans le corps commencent généralement à décomposer les nitroxydes en quelques minutes, limiter la durée pendant laquelle ils peuvent améliorer le contraste d'une IRM. Et la molécule d'intérêt de l'équipe - un radical dit organique - n'a qu'un seul électron, un fait qui inhibe normalement le contraste qu'il peut produire.

Le gadolinium et d'autres métaux possèdent de multiples électrons qui les aident à influencer la façon dont les ondes magnétiques produites par une IRM interagissent avec les molécules d'eau dans les tissus. Cette influence magnétique, ou relaxivité, dicte finalement la force des signaux de contraste qui sont convertis en IRM multicolores familières.

Ainsi, le chimiste du Nebraska Andrzej Rajca a commencé à collaborer avec des collègues du MIT pour concevoir une nanoparticule sans métal qui présenterait une stabilité et une relaxivité comparables à celles du gadolinium. Rajca a déjà conçu un nitroxyde qui, lorsqu'elles sont intégrées dans des nanoparticules relativement petites, affichait une relaxivité plusieurs fois supérieure à ses prédécesseurs.

Cette fois-ci, Des chercheurs du MIT ont incorporé le nitroxyde de Rajca dans une grande nanoparticule connue sous le nom de polymère en étoile à bras de brosse. Le processus impliquait d'assembler des polymères en une structure sphérique avec un noyau attirant l'eau et une coque hydrofuge, puis en pressant des multitudes de molécules de nitroxyde entre ce noyau et cette coque.

L'équipe a découvert que le fait de mettre autant de nitroxydes dans des espaces aussi étroits multipliait efficacement leurs valeurs de relaxivité individuelles, résultant en une nanoparticule avec une relaxivité environ 40 fois supérieure à un nitroxyde typique.

"Vous n'avez pas besoin de beaucoup de (nouveau) agent de contraste pour voir une bonne image, " dit Rajca, Charles Bessey Professeur de chimie.

L'enveloppe polymère de la nanoparticule a également contribué à ralentir la progression des antioxydants perturbateurs suffisamment pour prolonger la durée de vie des nitroxydes d'environ deux heures à 20. En injectant leur agent à des souris, les chercheurs ont montré que la longévité et la grande taille de la nanoparticule lui permettent d'atteindre les tumeurs et de les différencier des tissus normaux. Même à des doses supérieures à celles généralement nécessaires pour les IRM, l'agent de contraste de l'équipe n'a montré aucun signe de toxicité dans les cellules humaines ou les souris.

L'équipe a détaillé ses travaux dans le journal ACS Science centrale .