Nanodoturi de carbon dopate cu mangan, o alternativă promițătoare pentru agenții de contrast din IRM
Agenții de contrast sunt compuși folosiți frecvent în analiza clinică pentru a îmbunătăți diferențierea dintre țesuturi sau pentru a crește vizibilitatea structurilor ori fluidelor din organism, facilitând astfel diagnosticul medical. Un studiu confirmă că nanodoturile de carbon dopate cu mangan ar putea deveni următoarea generație de agenți de contrast pentru imagistica prin rezonanță magnetică.
Cercetarea a fost condusă de Lucia Cardo și de Maurizio Prato, profesor de cercetare Ikerbasque și titular al catedrei AXA, ambii la CIC biomaGUNE. Rezultatele, publicate în revista ACS Nano, evidențiază potențialul acestor nanoparticule sferice dezvoltate în Laboratorul de Bionanotehnologie a Carbonului condus de Prato. Particulele au dimensiuni de aproximativ 5 nanometri și sunt compuse în principal din carbon, cu o cantitate mică de mangan.
„Deși este prezent doar în cantități mici, manganul este integrat ferm în structura nanoparticulei, astfel încât proprietățile sale pot fi exploatate pentru a oferi un contrast excepțional în IRM. În fapt, performanța sa este comparabilă cu cea a agenților de contrast actuali sau chiar superioară în unele cazuri”, afirmă Cardo.
Alternative mai sigure și mai sustenabile
Compușii care conțin gadoliniu sunt folosiți în mod obișnuit ca agenți de contrast în IRM. Deși sunt esențiali pentru diagnosticul medical de aproape patru decenii, utilizarea lor poate prezenta riscuri pentru pacienții cu insuficiență renală. De asemenea, contribuie la persistența gadoliniului în mediu, deoarece poate ajunge în apele uzate și este dificil de eliminat în timpul tratării apelor. Din acest motiv, se caută alternative mai sigure și mai sustenabile.
Cercetătorii studiază în prezent utilizarea unor metale considerate mai sigure și mai abundente, precum manganul, care este și mai eficient din punct de vedere al costurilor decât alte metale grele. Scopul studiului a fost dezvoltarea unei platforme inițiale de nanodoturi de carbon dopate cu mangan, stabilă, reproductibilă, bine tolerată și detectabilă prin IRM.
„În ciuda potențialului mare al acestor materiale și a numeroaselor aplicații posibile, obținerea unei stabilități și reproductibilități adecvate rămâne una dintre principalele provocări în transferul lor din cercetare în aplicații biomedicale reale. Prin munca noastră, pe lângă optimizarea sintezei, am stabilit și strategii de validare care ne permit să obținem un material cu adevărat fiabil și reproductibil”, a comentat Cardo.
Detectare directă și eliminare rapidă din organism
„O contribuție importantă a acestei lucrări a fost că nanodoturile au putut fi detectate în forma lor naturală prin IRM”, spune Michele Cesco, cercetător la CIC biomaGUNE și autor principal al lucrării, „fără a fi nevoie să se adauge mai întâi o moleculă care să le direcționeze către un organ sau țesut specific, ceva ce contribuie de obicei la acumularea lor și, prin urmare, la detectarea lor”.
Studiile pe modele animale arată că nanoparticulele sunt eliminate eficient din organism și sunt foarte biocompatibile, chiar și în studii pe termen lung. După ce s-a obținut o performanță bună ca agent de contrast, comparabilă cu cea a agenților comerciali, „am putut studia comportamentul materialului în sine. De exemplu, am studiat modul în care materialul s-a comportat pe termen lung, atât în celule, cât și în animale, și am observat o biodistribuție adecvată și o eliminare rapidă din organism, fără a detecta efecte toxice semnificative asupra principalelor organe analizate”, a adăugat Cardo.
Rezultatele susțin potențialul lor ca agenți de contrast de generație următoare pe bază de mangan, oferind eficacitate, stabilitate și siguranță. Există o nevoie tot mai mare în medicină pentru agenți de contrast versatili, care pot fi folosiți în diferite tehnici de imagistică, precum IRM și tomografia prin emisie de pozitroni (PET), și care pot combina diagnosticul cu tratamentul.
Nanoparticulele proiectate la CIC biomaGUNE au proprietăți fluorescente, ceea ce deschide posibilitatea utilizării lor și cu alte tehnici de detectare și combinarea mai multor modalități de imagistică într-o singură particulă. În general, nanodoturile de carbon au un potențial mare pentru utilizare în teranostică, combinând pe aceeași platformă capacitatea de a detecta și de a trata o boală.
Următorul pas este avansarea în această direcție. „Lucrăm pentru a păstra capacitatea ridicată de detectare prin IRM și pentru a adăuga noi funcții care să permită direcționarea nanoparticulelor către anumite boli, precum cancerul, și încorporarea unei acțiuni terapeutice. În special, lucrăm la funcții terapeutice activate de lumină, iar rezultatele sunt foarte promițătoare”, au concluzionat cercetătorii.
