Un nouveau composé améliore les agents de contraste IRM

L'imagerie par résonance magnétique (IRM) est devenue un outil de diagnostic médical indispensable en raison de sa capacité à produire des images 3D détaillées des tissus du corps. Les radiologues injectent souvent aux patients des agents de contraste pour faire ressortir certains tissus, comme les tumeurs, davantage sur l'image finale. Désormais, des chercheurs ont synthétisé un agent de contraste IRM 15 fois plus sensible que les composés actuellement utilisés. Cela pourrait permettre d'utiliser moins d'agent de contraste, réduisant ainsi le potentiel d'effets secondaires nocifs.

Nano pyramide : Les ions gadolinium (vert) sont chimiquement liés à la surface d'un nano diamant pour former un agent de contraste IRM 15 fois plus sensible que les actuels.

Les chercheurs ont créé le nouveau composé en liant chimiquement des ions de gadolinium à des nanodiamants, de minuscules amas d'atomes de carbone de quelques nanomètres de diamètre. Le gadolinium, une terre rare, est utilisé dans les agents de contraste IRM en raison de ses fortes propriétés paramagnétiques (magnétisme en réponse à un champ magnétique appliqué). Mais seul, le gadolinium est toxique, il doit donc être lié à d'autres molécules biocompatibles pour être utilisé en clinique. De nombreux groupes ont essayé d'améliorer les propriétés des agents de contraste à base de gadolinium en fixant le métal à une variété de matériaux, allant des grosses molécules organiques aux nanoparticules.

Nous avons fait cela avec de nombreuses classes de nanoparticules et n'avons jamais vu cette augmentation extraordinaire de la sensibilité, dit Thomas J. Meade , le professeur de chimie Eileen M. Foell et directeur du Center for Advanced Molecular Imaging de la Northwestern University. Lui et ses collègues ont publié leurs conclusions en ligne dans Lettres nano le mois dernier.

Meade a collaboré avec Doyen Ho , professeur adjoint de génie biomédical et mécanique à Northwestern, et son groupe, qui a étudié les nanodiamants comme véhicules pour l'administration de médicaments. Contrairement à certains nanomatériaux de carbone, Ho affirme que les nanodiamants sont bien tolérés par les cellules et ne modifient pas l'expression des gènes de manière défavorable. Les chercheurs ont couplé les nanodiamants au gadolinium et testé les propriétés du complexe résultant pour évaluer la qualité d'un agent de contraste IRM.

L'IRM fonctionne en entourant un patient d'un puissant champ magnétique, qui aligne les noyaux des atomes d'hydrogène dans le corps. Les impulsions d'ondes radio sondent systématiquement de petites sections de tissus, désalignant ces atomes. Lorsqu'ils se détendent dans leur état précédent, les atomes émettent un signal radiofréquence qui peut être détecté et traduit en une image.

En raison de ses fortes propriétés paramagnétiques, le gadolinium modifie la relaxation des atomes d'hydrogène lorsqu'il est à proximité. Les agents de contraste contenant du gadolinium peuvent être conçus pour s'accumuler préférentiellement dans les tumeurs, améliorant ainsi le contraste entre la tumeur et le tissu environnant. La capacité de l'agent de contraste à modifier la relaxation des atomes d'hydrogène s'exprime par la relaxivité, qui explique le temps de relaxation et la concentration de gadolinium dans les tissus.

La relaxivité élevée du composé gadolinium-nano-diamant peut être en partie attribuée à sa capacité à attirer l'eau, ce qui contribue à amplifier le signal IRM. Si vous regardez la forme d'un nano diamant, c'est comme un ballon de football mais plus anguleux autour des visages, dit Ho. Ce n'est pas tout à fait rond. Les différentes faces ont une alternance de charges positives et négatives, ce qui aide à orienter les molécules d'eau de manière à créer une enveloppe d'eau étanche autour du nanodiamant.

Les chercheurs ont testé le gadolinium-nano-diamant sur différents types de cellules en laboratoire et n'ont trouvé aucune preuve de toxicité. La prochaine étape, selon Ho, consiste à tester la sécurité et l'efficacité du composé en tant qu'agent de contraste chez les animaux. Nous sommes ravis de voir quel type de performances accrues nous pouvons obtenir, dit Ho.

Je pense que c'est un système très intéressant, dit Kenneth N. Raymond , professeur de chimie à l'Université de Californie à Berkeley. Ils ont évidemment une augmentation d'un ordre de grandeur de la relaxivité qui est assez significative. De nombreux chercheurs ont essayé d'attacher des ions gadolinium à des composés de poids moléculaire élevé, comme des protéines et des dendrimères, dit-il. Le petit nano diamant, pour autant que je sache, est assez nouveau et, je pense, une chose très intelligente à faire.

Actuellement, les radiologues doivent injecter plusieurs grammes de gadolinium à un patient pour obtenir un bon contraste sur une IRM. En multipliant par dix la sensibilité de l'agent de contraste, vous pourriez utiliser un dixième de gadolinium, explique Raymond. Certaines catégories de patients sont très préoccupées en clinique par la toxicité du gadolinium. La toxicité est très étroitement liée à la dose.

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