Ứng dụng cho ảnh cộng hưởng từ (MRI)

Nội dung text: Ứng dụng cho ảnh cộng hưởng từ (MRI)

1. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN TỔNG QUAN VỀ TỔNG HỢP HẠT NANO CHITOSAN-POLY ACRYLIC AXIT CHỨA GD-DTPA ỨNG DỤNG CHO ẢNH CỘNG HƯỞNG TỪ (MRI) Trung tâm Công nghệ đất hiếm và Phòng ứng dụng công nghệ & phân tích Viện Công nghệ xạ hiếm Chụp cộng hưởng từ (MRI) là một kỹ thuật được sử dụng rộng rãi để thu được các chi tiết giải phẫu của các mô mềm do các lợi ích sau: không ion hóa, vô hại và hình ảnh có độ phân giải cao với độ tương phản mô mềm khác biệt giữa các mô khác nhau [1]. Sự tương phản giữa các mô không giống nhau có thể được tăng cường bằng cách sử dụng các hợp chất thuận từ. Ngày nay có ba loại chất tương phản MRI: thuận từ (Gd), siêu thuận từ (hạt nano oxit sắt) và từ tính. Gd (III) là một tác nhân thuận từ, với các electron bên ngoài không ghép cặp, cái đó làm giảm thời gian phục hồi T1 của các proton lân cận. Hợp chất của Gd (phức chất của Gd) đáp ứng một số yêu cầu cho mục đích chẩn đoán MRI: khả năng sửa đổi một số tính chất mô liên quan đến độ tương phản hình ảnh, độ đặc hiệu của mô, thời gian bù hợp lý (hình ảnh trong cộng hưởng từ), độc tính thấp và thời gian bảo quản dài. Việc sử dụng các chất tương phản này là phổ biến đất hiếm gadolini (Gd) với diethylenetriamine- trong hình ảnh y tế như điều tra ung thư và khối pentaacetic acid (DTPA) tái tổ hợp một phức chất u lành tính, quét mạch máu, xác định bất thường thuận từ, ổn định mạnh, tương ứng tốt ở động tim và phát hiện vỡ hàng rào máu não. Gado- vật. Phức gadolini có từ tính mạnh làm giảm linium được sử dụng làm chất tương phản trong hydroproton ngay cả ở nồng độ thấp (dưới 0,01 hình ảnh cộng hưởng từ (MRI), để tăng khả năng mmol/L). Dược động học của Gd-DTPA tiêm hiển thị của các cấu trúc cơ thể bên trong, tức là, tĩnh mạch tương tự như các thuốc tương phản iốt để tăng cường sự khác biệt tương đối của cường nổi tiếng được sử dụng trong chụp cắt lớp và chụp độ tín hiệu giữa hai mô liền kề. Hợp chất của Gd động mạch, nó được bài tiết chủ yếu qua thận đã được thương mại hóa vào những năm 1980. hơn 90% trong 24 giờ. Liều LD50 tiêm tĩnh mạch Hợp chất của Gd (phức chất của Gd) đáp ứng của trục meglumine của Gd-DTPA là 10 mmol/ một số yêu cầu cho mục đích chẩn đoán MRI: kg đối với chuột và cho thấy không có sự phân khả năng sửa đổi một số tính chất mô liên quan ly của ion gadolinium từ phối tử DTPA. Sự kết đến độ tương phản hình ảnh, độ đặc hiệu của mô, hợp của phức chất với phục hồi proton mạnh, ổn thời gian bù hợp lý (hình ảnh trong cộng hưởng định, bài tiết nước tiểu nhanh và dung lượng cao từ), độc tính thấp và thời gian bảo quản dài. tạo điều kiện cho sự phát triển hơn nữa và tiềm Hanns-Joachim Weinmann [1] và cộng sự đã năng ứng dụng lâm sàng của gadolinium-DTPA nghiên cứu và thử nghiệm chelat của nguyên tố như một chất tăng cường tương phản trong hình 52 Số 68 - Tháng 9/2021
2. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN ảnh cộng hưởng từ. Bảng 1. Các phức chất của Gd đang được phê duyệt hoặc trong các thử nghiệm lâm sàng. Hình 1. Các tác nhân chelat với phức chất Gd sử dụng thương mại trong chuẩn đoán MRI Hình 2. Tổng hợp hạt nano CS–PAA NPs chứa Gd-DTPA Số 68 - Tháng 9/2021 53
3. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN Arsalan Ahmed [2] và cộng sự đã tổng hợp và về độ tương phản và nồng độ chất tương phản xác định đặc tính của hạt nano Chitosan - Poly tăng lên ở gan và não theo thời gian. Do đó, NP- (Axit acrylic) chứa phức Gd-DTPA để chụp ảnh PATPA có thể duy trì lưu thông dài, tốc độ lưu cộng hưởng từ. Quá trình tổng hợp như sau các thông cao và là tác nhân phù hợp để chụp cộng hạt nano chitosan trên poly-acrylic (axit acrylic) hưởng từ trong in vivo (thử nghiệm trong cơ thể chứa phức Gd-DTPA (NP-PATPA) được tổng sinh vật sống). hợp dựa trên hệ thống phản ứng của các cặp mo- Jeyarama S. Ananta [3] nghiên cứu sự lưu giữ nome polyme hòa tan trong nước trong dung dịch hình ảnh của chất tương phản chứa hạt nano chitosan, sau đó hấp phụ của Gd- DTPA. Tính Gd để dụng làm tác nhân T1 tương phản trong chất của hạt NP-PATPA là hạt hình cầu với kích MRI. Các chất tương phản hình ảnh cộng hưởng từ hiện đang được thiết kế bằng cách sửa đổi các thước hạt khoảng 220nm. NP-PATPA có đặc tính đặc tính cấu trúc và hóa lý của chúng để cải thiện đảo ngược điện tích trong dung dịch axit. Các tính phục hồi và tăng cường độ tương phản hình đặc tính từ tính in-vitro (thử nghiệm trong ống ảnh. Ở đây, nhóm tác giả trình bày một phương nghiệm) của NP-PATPA đã được nghiên cứu để pháp chung để tăng tính phục hồi bằng cách chất ước tính mức độ sử dụng của nó trong hình ảnh tương phản vào bên trong cấu trúc nano của các cộng hưởng từ, NP-PATPA nhạy cảm với pH. Khi hạt silicon. Magnevist, gadofullerenes và gadona- notubes với các hình dạng khác nhau. Đối với tất sử dụng NP-PATPA trong MRI có kết quả tốt hơn cả các kết hợp cấu trúc nano, sự tăng cường độ Hình 3: Các cấu trúc nano MRI mới. a-c, sơ đồ hiển thị Magnevist (a), GFs (b) và GNTs (c). d, e, Quét các vi sóng điện tử của các hạt bán cầu (H-SiMP: đường kính, 1,6 mm; độ dày, 0,6 mm) (d) và hình đĩa (D-SiMP: đường kính, 1,0 mm; độ dày, 0,4 mm) (e) . f, Phim chụp cho thấy Magnevist, GF vàs GNT (trái sang phải) được đặt trong cấu trúc xốp của SiMPs. Sự giam cầm hình học của các Gd- base CAs giúp tăng cường độ tương phản của tác nhân T1 bằng cách thay đổi cả các đóng góp bên trong và bên ngoài hình cầu.[3] 54 Số 68 - Tháng 9/2021
4. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN giãn của proton theo chiều dọc r1 đã được quan được sử dụng trong nghiên cứu phân phối thuốc -1 -1 3+ +7 sát: Magnevist, r1 ≈ 14 mM .s /Gd (~8,15.10 được thảo luận nghiêm túc để đánh giá tính hữu -1 -1 - mM .s /cấu trúc); gadofullerenes, r1 ≈ 200 mM ích của các hệ thống này trong việc cung cấp các 1.s-1 /Gd3+ (~7.10+9 mM-1 .s-1 /cấu trúc); gadonano- phân tử hoạt tính sinh học. Từ một cuộc khảo sát -1 -1 3+ +9 -1 -1 tubes, r1 ≈ 150 mM .s /Gd (~2.10 mM .s / tài liệu, người ta nhận thấy rằng các hoạt động cấu trúc). Các giá trị này lớn hơn khoảng 4 đến nghiên cứu trên các hệ thống vi hạt/nano chi- 50 lần so với phức chất đơn của Gd (~4 mM-1.s-1 / tosan có chứa các loại thuốc khác nhau cho các Gd3+). Sự tăng cường độ tương phản được cho là ứng dụng điều trị khác nhau đã tăng lên với tốc cấu trúc core-shell hình học của phức chất và chất độ nhanh chóng. mang ảnh hưởng đến thuận từ của các ion Gd3+. Do đó, cấu trúc core-shell của phức chất Gd và vỏ chất mang ở quy mô nano sẽ là một hướng mới về hợp chất dùng trong ảnh cộng hưởng từ với cường độ tương phản tăng dựa trên gadolinium. Chitosan ở cấu trúc nano, với tính năng quan trọng là tương thích sinh học và có khả năng phân hủy sinh học, có thể được sử dụng như một chất dẫn thuốc tiềm năng. Để tạo cấu trúc phù hợp với mục đích dẫn thuốc cho chitosan, hiện nay, các nghiên cứu đã đang hướng tới việc phát triển các hệ dẫn thuốc dựa trên chitosan, polyme tự nhiên có tính tương thích sinh học cao, an toàn và hiệu quả [4]. Tổng quan hiện nay phác thảo những phát hiện mới về các ứng dụng dược phẩm của các hệ thống phân phối thuốc vi hạt/ nano dựa trên chitosan được công bố trong thập kỷ qua. Phương pháp chuẩn bị, tải thuốc, đặc Hình 4. (a) Cấu trúc của chitosan [poly (β1-4-d- điểm phát hành và ứng dụng được đề cập. Chi- glucosamine)]. tosan biến đổi hóa học hoặc các dẫn xuất của nó (b) Cấu trúc của chitosan liên kết ngang. [4] Hình 5: Sơ đồ biểu diễn điều chế hệ thống hạt chitosan và hình ảnh quét kính hiển vi điện tử chitosan được tạo ra bằng phương pháp liên kết ngang nhũ tương Số 68 - Tháng 9/2021 55
5. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN Tác nhân tương phản (CA) đóng một vai trò nổi các MRI CA vì nó có mô men từ rất lớn (µ2=63 2 8 bật trong hình ảnh cộng hưởng từ trong y học. µB ) và trạng thái nhóm điện tử đối xứng, S7/2. CA MRI chủ yếu được sử dụng để cải thiện phát Các ion Gd3+ ngậm nước rất độc hại và do đó hiện bệnh bằng cách tăng độ nhạy và độ tin cậy được cô lập bằng chelat hoặc bao phủ để giảm chẩn đoán. Có một số loại chất tương phản MR độc tính. Nhóm nghiên cứu báo cáo việc tải và đang được sử dụng trong thực hành lâm sàng giam cầm ở kích thước nano của ion Gd3+ trong ngày nay. Chúng bao gồm các tác nhân không các ống nano carbon đơn vách siêu ngắn (ống gian dịch ngoại bào (ECF), các tác nhân nhóm US); các loại ống Gd3+ này là nam châm phân tử máu nội mạch cư trú kéo dài và các tác nhân đặc siêu thuận từ tính tuyến tính với hiệu quả chụp hiệu mô (cơ quan). Hàng năm, khoảng sáu mươi cộng hưởng từ (MRI) lớn hơn 40 đến 90 lần so triệu thủ tục MRI được thực hiện trên toàn thế với bất kỳ chất tương phản dựa trên cơ sở nào của giới và khoảng 30% các thủ tục này sử dụng CA Gd3+ trong sử dụng lâm sàng hiện nay [5]. MRI. Ion lanthan, Gd3+, thường được chọn cho Hình 6: (a) Mô tả về một ống nano carbon được nạp các ion Gd3+ ngậm nước. (b) Hình ảnh HRTEM 3+ 3+ của các ống chứa Gd n hiển thị các cụm (mũi tên) Gd n được hình thành trong các ống được xác 3+ nhận bằng các phép đo EDS. (c) Hình ảnh Cryo-TEM của các ống Gd n từ dung Kết luận Chụp cộng hưởng từ (MRI) là một kỹ thuật được Công nghệ nano phát triển mạnh mẽ, nhưng sử dụng rộng rãi để thu được các chi tiết giải phẫu các nghiên cứu chủ yếu xoay quanh các nguyên của các mô mềm do các lợi ích sau: không ion tố quý hiếm như Ag, các nguyên tố bán dẫn và hóa, vô hại và hình ảnh có độ phân giải cao với một số kim loại thông dụng. Trong khi đó phức độ tương phản mô mềm khác biệt giữa các mô hợp Gadolini được sử dụng làm chất tương phản khác nhau. Sự tương phản giữa các mô không trong hình ảnh cộng hưởng từ (MRI), để tăng khả giống nhau có thể được tăng cường bằng cách sử năng hiển thị của các cấu trúc cơ thể bên trong. dụng các hợp chất thuận từ. Việc sử dụng các chất tương phản này là phổ biến trong hình ảnh y tế 56 Số 68 - Tháng 9/2021
6. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN như điều tra ung thư và khối u lành tính, quét mạch máu, xác định bất thường tim và phát hiện vỡ hàng rào máu não. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Hanns-Joachim Weinmann, (1984) Characteristics of Gadolinium-DTPA Complex: A Potential NMR Contrast Agent. AJR: 142. 619-623. 2. Arsalan Ahmed (2015) Fabrication and Characteri- zation of Gd-DTPA-Loaded Chitosan–Poly(Acrylic Acid) Nanoparticles for Magnetic Resonance Imaging, Macromol. Biosci. DOI: 10.1002/mabi.201500034. 3. Jeyarama S. Ananta (2010) Geometrical confine- ment of gadolinium-based contrast agents in nanopo- rous particles enhances T1 contrast. Nature nanotech- nology. Vol 5: 815-821 4. Sunil A. Agnihotri (2004) Recent advances on chitosan-based micro- and nanoparticles in drug delivery. Journal of Controlled Release 100: 5–28 doi:10.1016/j.jconrel.2004.08.010 5. B. Sitharaman (2005) Superparamagnetic gadona- notubes are high-performance MRI contrast agents. Chem. Commun., 2005, 3915–3917. DOI: 10.1039/ b504435a 6. Qi Lifeng, Zirong Xu, Xia Jiang, Caihong Hu and Xiangfei Zou - Preparation and antibacterial activity of chitosan nanoparticles, Carbohydrate Res. 339 (16) (2004) 2693-2700 Số 68 - Tháng 9/2021 57