p (Phys.org) —Quando Professor Associado de Engenharia Química e Biomolecular da Universidade de Illinois Hyunjoon Kong, estudante de graduação Cartney Smith, e colegas decidiram melhorar a imagem de ressonância magnética (MRI), eles viraram a tecnologia de agente de contraste atual de cabeça para baixo - ou melhor, eles o viraram do avesso. O novo composto que eles projetaram em colaboração com o professor de química Steven C. Zimmerman Roger Adams de Illinois não é apenas mais eficaz, mas também automontagem. Kong também é membro do tema de pesquisa Biologia Regenerativa e Engenharia de Tecidos do Instituto de Biologia Genômica. p Quando os médicos realizam uma ressonância magnética, eles administram um agente de contraste:um produto químico que, quando injetado na corrente sanguínea ou ingerido pelo paciente pouco antes da ressonância magnética, melhora a clareza de estruturas ou órgãos na imagem resultante. Uma classe comum de agente de contraste, frequentemente usado para imagens de vasos sanguíneos e sangramento interno, contém gadolínio, um metal de terra rara.

p Recentemente, pesquisadores biomédicos descobriram maneiras de aumentar a eficácia de certos agentes de contraste, associando-os a nanopartículas. O agente de contraste sendo usado é embalado dentro ou ligado à superfície de partículas microscópicas, que pode ser projetado para atingir certas regiões do corpo ou prolongar a atividade do agente.

p Os pesquisadores agora estão explorando o uso polivalente de nanopartículas. Se as partículas pudessem ser carregadas com vários tipos de agentes de contraste ou corantes em vez de um, ou um agente de contraste junto com outro tipo de auxiliar de diagnóstico ou medicamento, os médicos poderiam testar e tratar as doenças com mais eficiência, e limitar o número de injeções recebidas pelos pacientes.

p Assim como crianças compartilhando um novo brinquedo, no entanto, compostos empacotados juntos em uma nanopartícula nem sempre podem funcionar bem juntos. Por exemplo, agentes de contraste podem se ligar a outros produtos químicos, reduzindo sua eficácia. Além disso, quando os agentes de contraste são colocados dentro de uma nanopartícula, eles podem não funcionar tão bem. As tentativas de anexar agentes à superfície externa das nanopartículas via formação covalente também são problemáticas, pois podem afetar negativamente a atividade das nanopartículas ou dos compostos que elas carregam.

p Kong, Smith e colegas enfrentaram esses desafios usando as interações entre biomoléculas que ocorrem naturalmente como um guia. Muitos tipos de proteínas estão fortemente ligadas às membranas celulares, não por ligações covalentes, mas pela soma de várias forças mais fracas - a atração de cargas positivas e negativas, e a tendência das substâncias não polares (semelhantes ao óleo) de procurarem umas às outras e evitarem a água.

p O grupo levantou a hipótese de que os mesmos tipos de forças poderiam ser usados ​​para anexar um agente de contraste à superfície de um tipo de nanopartícula chamada lipossoma, que se assemelha a um pequeno pedaço de membrana celular em forma de uma pequena bolha. Os pesquisadores projetaram uma molécula "fixadora", DTPA-quitosana-g-C18, que é cobrado, atraindo-o para o lipossoma e ligando-o ao agente de contraste gadolínio. Uma região apolar o ancora à membrana do lipossoma.

p Em uma série de experimentos relatados em um recente ACS Nano artigo (DOI:10.1021 / nn4026228), Kong e outros demonstraram que sua molécula fixadora se inseriu prontamente na membrana de lipossomas pré-fabricados. Gadolínio associado de forma estável com as nanopartículas modificadas em solução, e experimentos em modelos animais mostraram que essas nanopartículas produziram imagens diagnósticas claras.

p "A estratégia funciona como o velcro em nível molecular para aderir unidades funcionais ao folheto externo de um lipossoma, "disse Smith, quem foi o primeiro autor do estudo. "Este trabalho representa uma nova estratégia de design de material que é escalonável e facilmente implementada. O desenvolvimento de agentes de contraste aprimorados tem o potencial de impactar diretamente a vida dos pacientes, detectando vasos sanguíneos danificados."

p Uma das dificuldades de trabalhar com lipossomas é sua tendência a se degradar dentro do corpo. Quando os lipossomas carregados com fixador se degradaram, parte da eficácia do gadolínio foi perdida. Em um segundo estudo publicado em Langmuir (DOI:10.1021 / la500412r), Kong e Smith desenvolveram um processo de reticulação química dos componentes da nanopartícula que prolongou a vida das nanopartículas em condições biológicas.