(Phys.org) —Un nuevo tipo de agente de contraste de resonancia magnética basado en nanopartículas demuestra selectividad por las células tumorales sobre las células no cancerosas, puede detectar hipoxia, y es lo suficientemente sensible para permitir la detección de células cancerosas difíciles de encontrar según un estudio en Nanotecnología de la naturaleza .

Investigadores de la Universidad de Tokio, Instituto de Tecnología de Tokio, Instituto de Promoción Industrial de Kawasaki, y la Agencia Japonesa de Ciencia y Tecnología Cuántica y Radiológica han desarrollado un agente de contraste a partir de nanopartículas a base de fosfato de calcio que liberan un ion manganeso en un ambiente ácido. El ion manganeso luego se une a las proteínas, lo que permite una señal de contraste más fuerte que dura más que las alternativas actuales aprobadas clínicamente. Estos agentes de contraste basados ​​en nanopartículas también están funcionalizados con una cubierta de poli (etilenglicol) que promueve la unión a la célula cancerosa.

La formación de imágenes por resonancia magnética se basa en la excitación y posterior relajación de los protones. En estudios clínicos de resonancia magnética, la señal está determinada por el tiempo de relajación de los protones de hidrógeno en el agua. Para obtener una señal más fuerte, los científicos pueden utilizar agentes de contraste para acortar el tiempo de relajación de los protones.

La resonancia magnética no es invasiva y no implica radiación. convirtiéndolo en una herramienta de diagnóstico segura. Sin embargo, su señal débil dificulta la detección de tumores. El agente de contraste ideal se seleccionaría para tumores malignos, haciendo mucho más evidente su localización y diagnóstico.

Los agentes de contraste de nanopartículas han sido de interés porque las nanopartículas se pueden funcionalizar y, como en este estudio, puede contener varios metales. Los investigadores han intentado funcionalizar nanopartículas con ligandos que se unen a factores químicos en la superficie de las células cancerosas. Sin embargo, las células cancerosas tienden a ser de composición heterogénea, lo que lleva a algunos investigadores a buscar nanopartículas que respondan a las diferencias de pH o potencial redox en comparación con las células normales.

Peng Mi, Daisuke Kokuryo, Horacio Cabral, Hailiang Wu, Yasuko Terada, Tsuneo Saga, Ichio Aoki, Nobuhiro Nishiyama, y Kazunori Kataoka desarrolló un agente de contraste que se compone de Mn ²⁺ - nanopartículas de CaP dopadas con una cubierta de PEG. Razonaron que el uso de nanopartículas de CaP, que se sabe que son sensibles al pH, permitiría la liberación dirigida de Mn ²⁺ iones en el microambiente tumoral. El microambiente del tumor tiende a tener un pH más bajo que las regiones normales para acelerar el metabolismo celular en un ambiente sin oxígeno. Los iones de manganeso se probaron porque son paramagnéticos, lo que lo convierte en un buen agente de contraste. También se unen a las proteínas creando un sistema de proteína de manganeso de rotación lenta que da como resultado un marcado contraste.

Los estudios con nanopartículas de CaPMnPEG mostraron que las nanopartículas son estables en condiciones fisiológicas (pH 7,4) y solo el 8% del Mn ²⁺ Los iones fueron liberados bajo estas condiciones. En condiciones que imitan el microambiente tumoral y el entorno intercelular, dentro de cuatro horas 36% del Mn ²⁺ los iones se liberaron a pH 6,7, 71% a pH 6,5, y más del 90% a pH 5.

Adicionalmente, las pruebas con CaPMnPEG y albúmina de suero humano (HSA) en un medio ácido mostraron una amplificación de señal significativa. Esto se debe a la unión a proteínas del Mn. ²⁺ ion, lo que aumentó en gran medida la relajación molecular del ion.

Estos resultados fueron prometedores, entonces Peng Mi, et al. luego probó si el agente de contraste CaPMnPEG funcionaba en tumores sólidos. Porque Mn ²⁺ permanece confinado dentro de la matriz de nanopartículas a pH fisiológico, CaPMnPEG demuestra una toxicidad mucho menor en comparación con MnCl ₂ . Los estudios de resonancia magnética mostraron un contraste de tumor a normal del 131% después de 30 minutos, que es mucho más alto que Gd-DTPA, un agente de contraste clínicamente aprobado. Después de una hora, la proporción de tumor a normal fue del 160% y permaneció alrededor del 170% durante varias horas.

Los estudios de resonancia magnética tridimensional de tumores sólidos mostraron que sin la adición de CaPMnPEG, sólo eran visibles los vasos sanguíneos. Sin embargo, al agregar CaPMnPEG, el tumor era fácilmente distinguible. Adicionalmente, hay evidencia de que el exceso de Mn ²⁺ sale del plasma después de una hora. La señal de contraste se mantuvo fuerte durante varias horas, lo que indica que la unión a proteínas en lugar de Mn ²⁺ La concentración es importante para mejorar la señal.

Notablemente, había regiones de realce de contraste más brillantes en el tumor. Experimentos adicionales demostraron que las regiones de mayor contraste se correlacionaban con la hipoxia tumoral. Los tumores malignos tienden a ser hipóxicos, lo que lleva a una acumulación de lactato. Esto da como resultado una reducción del pH. Otras técnicas para detectar hipoxia tienden a mirar solo la superficie del tejido objetivo o, en el caso del PET, implican radiación y mala resolución. Esta técnica es más segura, no invasivo y no se limita a los tumores superficiales.

Finalmente, Las pruebas con tumores metastásicos en el hígado (células de cáncer de colon C26) mostraron que CaPMnPEG funciona bien en el análisis de órganos sólidos y es muy sensible para detectar micrometástasis de tamaño milimétrico. A diferencia de otros agentes de contraste utilizados en la clínica, CaPMnPEG proporcionó una señal de contraste que duró varias horas después de la inyección. Después de una hora, la señal se incrementó en un 25% y después de dos horas, la señal se incrementó en un 39%.

Esta investigación informa el desarrollo y caracterización de un nuevo agente de contraste prometedor que puede proporcionar una mejor detección y diagnóstico de tumores. Estudios adicionales podrían involucrar probar este agente de contraste con otras enfermedades que causan cambios fisiológicos en el pH, así como la monitorización in vivo de nuevos fármacos.

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