Makrofagehæftende mikroplastre gør det muligt for MRI at detektere hjernebetændelse – Physics World

Makrofagehæftende mikroplastre gør det muligt for MRI at detektere hjernebetændelse – Physics World

Tidsstempel: 23. januar 2024 kl. 6

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/macrophage-adhering-micropatches-enable-mri-to-detect-brain-inflammation-physics-world.jpg" data-caption="Sammenligner kontrasten Repræsentative MR-kort over kontrolgrise og grise med mild traumatisk hjerneskade (mTBI) injiceret med M-GLAM'er eller det kommercielle kontrastmiddel Gadavist. Den prikkede firkant angiver den laterale ventrikel og plexus choroideus, som danner området af interesse. (Med høflighed: Wang et al. Sci. Overs. Med. 16 eadk5413 (2024))” title=”Click to open image in popup” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/macrophage-adhering-micropatches-enable-mri-to-detect-brain-inflammation-physics-world.jpg”>MR-kort over kontrolgrise og grise med let TBI
Sammenligner kontrasten Repræsentative MR-kort over kontrolgrise og grise med mild traumatisk hjerneskade (mTBI) injiceret med M-GLAM'er eller det kommercielle kontrastmiddel Gadavist. Den prikkede firkant angiver den laterale ventrikel og plexus choroideus, som danner området af interesse. (Med høflighed: Wang et al. Sci. Overs. Med. 16 eadk5413 (2024))

Et "levende kontrastmiddel" kunne hjælpe med at diagnosticere mild traumatisk hjerneskade (TBI), når konventionel magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) ikke viser strukturelle ændringer, siger forskere ved Harvard University's School of Engineering and Applied Sciences.

Forskerne indlæste gadolinium, et standard MRI-kontrastmiddel, i hydrogelbaserede mikroplastre, der hæfter på immunceller, og i prækliniske undersøgelser visualiserede de inflammation hos grise med mild TBI. I sidste ende forventer de, at teknologien vil øge antallet af diagnosticerede milde TBI-tilfælde og forbedre patientbehandlingen.

"Hvis nogen falder eller får et mildt hovedstød, er der muligvis ikke en påviselig ændring i hjernestrukturen, men hjernen kan stadig have lidt betydelig skade, som kan vise sig over tid. Mistænkte TBI-patienter får at vide, at det ser fint ud, kun for at finde ud af, at bivirkninger viser sig [senere],« siger Samir Mitragotri, hvis laboratorium udførte undersøgelsen. "Så det var motivationen - kan vi udvikle en mere følsom måde at opdage mild TBI?" Udviklingen af ​​teknologien blev ledet af Lily Li-Wen Wang, en kandidatstuderende i Mitragotri Lab. MR-ekspertise blev leveret af Rebekka Mannix fra Boston Children's Hospital og hendes team.

Blaffer med immunsystemets professionelle spisende

Da immunsystemet ved, at hjernen er blevet skadet, selv med "mindre" traumer, søgte forskerne et kontrastmiddel, der kunne bruges til at opdage immunceller. De huserer på makrofager, hvide blodlegemer, der er rigelige, mobile og, blandt deres andre funktioner i immunsystemet, rekrutteres til steder med inflammation og opsluger mikroorganismer.

"Makrofager er berygtede for at spise alt, hvad der binder sig til dem - det er professionelle spisende," forklarer Mitragotri. "Vi sætter et mærke på makrofagen, så makrofagen kan ses på MR."

Forskerne døbte teknologien makrofag-adhærerende Gd(III)-ladede anisotrope mikroplastre eller M-GLAM'er. Som deres navn antyder, binder M-GLAM'er sig til makrofager og sætter en tur ind i den skadede hjerne. Fordi GLAM'er er mærket med gadolinium, kan forskerne bruge MR til at se, hvor makrofagerne dukker op i hjernen.

”Makrofagen vil lokalisere sig overalt, hvor betændelsen er i hjernen, så man kan se, hvor inflammationen er. Det primære formål er dog at se, om der er betændelse; det sekundære spørgsmål er, hvor, for det meste af tiden i tilfælde af mild TBI bliver selv det første spørgsmål ikke besvaret,” siger Mitragotri.

Forskerne testede kontrastmidlet ved at injicere GLAM'er i mus og grise i en dosis på en eller flere GLAM'er pr. makrofag. I modsætning til Gadavist, et kommercielt gadolinium-baseret kontrastmiddel, forårsagede M-GLAM'er ikke bivirkninger eller toksicitet og varede i dyrenes kroppe i mere end 24 timer, før de blev fjernet af leveren og nyrerne. I en svinehjerneskademodel observerede de M-GLAM'er i choroideus plexus, en region af hjernen, der hjælper med at rekruttere immunceller gennem blod-cerebrospinalvæskebarrieren. Gadavist, som forsvinder hurtigt fra kroppen, lokaliserede sig ikke til steder med hjernebetændelse.

Koncentrationen af ​​gadoliniumioner i GLAM'er er høj nok til, at forskerne i dyreforsøg var i stand til at bruge en 500- til 1000 gange lavere dosis af gadolinium i forhold til den i Gadavist. De anerkender, at M-GLAM'er bør testes i flere dyr, og at M-GLAM'er kan migrere til steder med inflammation, der ikke er relateret til mild TBI.

Udarbejdelse og karakterisering af GLAM'er

Gadolinium virker som et MRI-kontrastmiddel, hvor der er kontakt med vand (T1 MRI-signaler kræver vandproton-Gd(III)-interaktioner). Så i modsætning til de fleste polymerer, der bruges til biomedicinske applikationer, som er hydrofobe og ikke-porøse, er en GLAM porøs og hydrofil - en skiveformet hydrogel, der binder sig til en makrofag, når makrofagen forsøger at spise hyaluronsyre i hydrogelen.

Makrofagen mislykkes i denne bestræbelse, fordi GLAM er skiveformet (at makrofager ikke kan spise skiveformede, og andre anisotrope partikler blev opdaget af forskerne i løbet af en anden undersøgelse). I sidste ende binder GLAM'er til makrofager uden at påvirke makrofagmigrering eller andre funktioner.

"Selve processen [med fremstilling af GLAM'er] viste sig at være ret involveret," siger Mitragotri. "Vores team arbejdede ret ihærdigt i nogle år for at få hele tilberedningsmetoden udformet." Den nuværende fremstillingsprotokol involverer blanding af modificeret gadolinium og hyaluronsyre, hældning af væsken i en wafer med brønde i og spinning af waferen for at fylde formene ensartet. Skinnende UV-lys på de spundne forme tværbinder polymerkæderne og danner en solid GLAM.

Fremtidigt arbejde omfatter detaljerede kinetiske og dosisresponsundersøgelser af M-GLAM'er i hjernen og fremme af teknologien hos mennesker, hvor applikationer omfatter diagnose og muligvis endda behandling af mild TBI, cancer og autoimmune tilstande.

Denne forskning er publiceret i Science Translationel Medicin.

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden