(Phys.org) - Um novo tipo de agente de contraste de ressonância magnética baseado em nanopartículas demonstra seletividade para células tumorais sobre células não cancerosas, pode detectar hipóxia, e é sensível o suficiente para permitir a detecção de células cancerosas difíceis de encontrar de acordo com um estudo em Nature Nanotechnology .

Pesquisadores da Universidade de Tóquio, Instituto de Tecnologia de Tóquio, Instituto Kawasaki de Promoção da Indústria, e a Agência Japonesa para Ciência e Tecnologia Quântica e Radiológica desenvolveram um agente de contraste a partir de nanopartículas à base de fosfato de cálcio que liberam um íon de manganês em um ambiente ácido. O íon manganês então se liga às proteínas, permitindo um sinal de contraste mais forte que dura mais do que as alternativas atuais clinicamente aprovadas. Esses agentes de contraste à base de nanopartículas também são funcionalizados com uma casca de poli (etilenoglicol) que promove a ligação à célula cancerosa.

A ressonância magnética depende da excitação e do relaxamento subsequente dos prótons. Em estudos clínicos de ressonância magnética, o sinal é determinado pelo tempo de relaxamento dos prótons do hidrogênio na água. Para obter um sinal mais forte, os cientistas podem usar agentes de contraste para encurtar o tempo de relaxamento dos prótons.

A ressonância magnética não é invasiva e não envolve radiação, tornando-o uma ferramenta de diagnóstico segura. Contudo, seu sinal fraco torna a detecção do tumor difícil. O agente de contraste ideal selecionaria para tumores malignos, tornando sua localização e diagnóstico muito mais óbvios.

Os agentes de contraste de nanopartículas têm sido interessantes porque as nanopartículas podem ser funcionalizadas e, como neste estudo, pode conter vários metais. Os pesquisadores tentaram funcionalizar as nanopartículas com ligantes que se ligam a fatores químicos na superfície das células cancerosas. Contudo, as células cancerosas tendem a ser composicionalmente heterogêneas, levando alguns pesquisadores a procurar por nanopartículas que respondam às diferenças de pH ou potencial redox em comparação com células normais.

Peng Mi, Daisuke Kokuryo, Horacio Cabral, Hailiang Wu, Yasuko Terada, Tsuneo Saga, Ichio Aoki, Nobuhiro Nishiyama, e Kazunori Kataoka desenvolveu um agente de contraste que é composto por Mn ²⁺ - nanopartículas de CaP dopadas com uma casca de PEG. Eles raciocinaram que usando nanopartículas de CaP, que são conhecidos por serem sensíveis ao pH, permitiria a liberação direcionada de Mn ²⁺ íons no microambiente tumoral. O microambiente tumoral tende a ter um pH mais baixo do que as regiões normais para acelerar o metabolismo celular em um ambiente pobre em oxigênio. Os íons de manganês foram testados porque são paramagnéticos, o que torna um bom agente de contraste. Eles também se ligam a proteínas, criando um sistema de proteína manganês de rotação lenta que resulta em um aumento de contraste nítido.

Estudos com nanopartículas de CaPMnPEG mostraram que as nanopartículas são estáveis ​​em condições fisiológicas (pH 7,4) e apenas 8% do Mn ²⁺ íons foram liberados sob essas condições. Em condições que mimetizam o microambiente tumoral e o ambiente intercelular, dentro de quatro horas 36% do Mn ²⁺ íons foram liberados em pH 6,7, 71% em pH 6,5, e mais de 90% em pH 5.

Adicionalmente, testes com CaPMnPEG e albumina de soro humano (HSA) em meio ácido mostraram amplificação significativa do sinal. Isto é devido à ligação às proteínas do Mn ²⁺ íon, o que aumentou muito a relaxividade molecular do íon.

Esses resultados foram promissores, então Peng Mi, et al. em seguida, testou se o agente de contraste CaPMnPEG funcionava em tumores sólidos. Porque Mn ²⁺ permanece confinado na matriz de nanopartículas em pH fisiológico, CaPMnPEG demonstra uma toxicidade muito menor em comparação com MnCl ₂ . Estudos de ressonância magnética mostraram um contraste tumor-normal de 131% após 30 minutos, que é muito maior do que Gd-DTPA, um agente de contraste clinicamente aprovado. Depois de uma hora, a proporção tumor-normal foi de 160% e permaneceu em torno de 170% por várias horas.

Estudos tridimensionais de ressonância magnética de tumores sólidos mostraram que, sem a adição de CaPMnPEG, apenas os vasos sanguíneos eram visíveis. Contudo, ao adicionar CaPMnPEG, o tumor era facilmente distinguível. Adicionalmente, há evidências de que o excesso de Mn ²⁺ sai do plasma depois de uma hora. O sinal de contraste permaneceu forte por várias horas, indicando que a ligação à proteína ao invés de Mn ²⁺ a concentração é importante para o aumento do sinal.

Notavelmente, havia regiões de realce de contraste mais brilhantes no tumor. Experimentos adicionais demonstraram que regiões de maior contraste se correlacionaram com a hipóxia tumoral. Os tumores malignos tendem a ser hipóxicos, levando ao acúmulo de lactato. Isso resulta na redução do pH. Outras técnicas para detectar a hipóxia tendem a olhar apenas para a superfície do tecido alvo ou, no caso do PET, envolvem radiação e baixa resolução. Esta técnica é mais segura, não invasivo, e não confinado aos tumores de superfície.

Finalmente, testes com tumores metastáticos no fígado (células cancerosas do cólon C26) mostraram que CaPMnPEG funciona bem na análise de órgãos sólidos e é altamente sensível para detectar micrometástases de tamanho milimétrico. Ao contrário de outros agentes de contraste usados ​​na clínica, CaPMnPEG forneceu um sinal de contraste que durou várias horas após a injeção. Depois de uma hora, o sinal foi aumentado em 25% e após duas horas, o sinal foi aumentado em 39%.

Esta pesquisa relata o desenvolvimento e caracterização de um novo agente de contraste promissor que pode fornecer melhor detecção e diagnóstico tumoral. Estudos adicionais podem envolver o teste deste agente de contraste com outras doenças que causam alterações fisiológicas no pH, bem como o monitoramento in vivo de novos medicamentos.

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