Miedź może pomóc w tworzeniu wyraźniejszych obrazów MRI i poprawie diagnozy – ScienceDaily

Naukowcy odkryli nowe, niewystępujące w naturze miejsce wiązania białek miedzi, które ma realny potencjał do zastosowania w środkach kontrastowych MRI stosowanych do poprawy widoczności wewnętrznych struktur ciała na skanach.

To odkrycie obala konwencjonalną opinię medyczną, że miedź nie nadaje się do stosowania w środkach kontrastowych do rezonansu magnetycznego i może pomóc w opracowaniu nowych środków do obrazowania o potencjalnie mniejszym ryzyku i skutkach ubocznych niż powszechnie stosowane środki kontrastowe.

Naukowcy z uniwersytetów w Birmingham i St Andrews, a także Diamond Light Source, opublikowali swoje odkrycia w PNAS Po utworzeniu nieuchwytnego biologicznego miejsca miedzi związanego z atomami donorów tlenu w białkowym rusztowaniu.

Eksperci odkryli, że nowa struktura wykazała bardzo skuteczne poziomy relaksacji – zdolność środka kontrastowego do wpływania na czasy relaksacji protonów, co pomaga tworzyć wyraźniejsze, bardziej pouczające obrazy podczas skanowania MRI.

Współautorka, dr Anna Peacock, kierownik działu biochemii organicznej na Uniwersytecie w Birmingham, skomentowała: „Przygotowaliśmy nowe miejsce wiązania miedzi z biologią, które pokazuje rzeczywisty potencjał zastosowania w środkach kontrastowych i podważa istniejący dogmat, że miedź nie nadaje się do używać w rezonansie magnetycznym”.

„Chociaż miedź była w dużej mierze pomijana w przypadku jej stosowania w środkach kontrastowych MRI, wykazano, że nasze miejsce wiązania wykazuje bardzo obiecujące właściwości środka kontrastowego, ze środkami rozluźniającymi równymi i lepszymi niż środki Gd(III) rutynowo stosowane w MRI. Nasze odkrycie prezentuje potężne podejście do uzyskiwania dostępu do nowych narzędzi lub agentów do zastosowań w obrazowaniu”.

Naukowcy zauważają, że środki obrazujące na bazie miedzi mogą być również stosowane w skanach pozytonowej tomografii emisyjnej (PET), które dają szczegółowe, trójwymiarowe obrazy wnętrza ciała.

Ich badanie pokazuje, że użycie syntetycznej spiralnej cewki do stworzenia miedzianego miejsca w rusztowaniu białkowym pozwoliło uzyskać funkcjonalność i wydajność, które zwykle nie są kojarzone z miedzią.

„Miejsca mineralne, które nie są częścią repertuaru biologicznego, mają kluczowe znaczenie dla zapewnienia projektantom białek rozszerzonego zestawu narzędzi chemicznych, które mogą wykorzystać do projektowania nowych systemów funkcjonalnych, takich jak wspomniane tutaj obiecujące możliwości obrazowania” – dodał dr Peacock.

„Otwiera to zastosowania wykraczające poza to, co obecnie może zapewnić biologia, i pokazuje niektóre zalety stosowania prostych miniaturowych rusztowań białkowych jako środka, za pomocą którego możemy zaprojektować nowe, być może obecnie nieznane, miejsca wiązania metali”.

W aparatach MRI części ciała są wystawione na działanie silnego pola magnetycznego, które powoduje polaryzację jąder wodoru w tkankach zgodnie z kierunkiem pola magnetycznego. Wykryta wielkość polaryzacji spinowej jest wykorzystywana do tworzenia obrazu MR, ale zanika z charakterystyczną stałą czasową znaną jako czas relaksacji T1.

Protony wody w różnych tkankach mają różne wartości T1, co jest jednym z głównych źródeł wariancji obrazów MR. Środek kontrastowy zwykle skraca, ale w niektórych przypadkach zwiększa wartość T1 pobliskich protonów wody – zmieniając kontrast obrazu i poprawiając widoczność wewnętrznych struktur ciała, przy czym najczęściej stosowanymi związkami są środki kontrastowe na bazie gadolinu (GBCA) .

Gadolin (jako Gd³⁺) jako środka kontrastowego, ale istnieją obawy dotyczące środowiska i bezpieczeństwa pacjentów, które sprawiają, że poszukiwanie nowych środków kontrastowych jest ważnym i aktywnym obszarem badań. Chociaż potrzeba więcej pracy, aby zapewnić stabilność tego nowego miejsca białka miedzi, autorzy badania uważają, że ich praca jest obiecującym pierwszym krokiem w kierunku zaprojektowania nowych środków kontrastowych na bazie miedzi do klinicznych badań przesiewowych MRI.