Macrofaag-hechtende micropatches stellen MRI in staat hersenontsteking te detecteren – Physics World

Macrofaag-hechtende micropatches stellen MRI in staat hersenontsteking te detecteren – Physics World

Tijdstempel: 23 januari 2024 6:00 uur

<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="Het contrast vergelijken Representatieve MRI-kaarten van controlevarkens en varkens met mild traumatisch hersenletsel (mTBI) geïnjecteerd met M-GLAM's of het commerciële contrastmiddel Gadavist. Het gestippelde vierkant geeft de laterale ventrikel en choroïdplexus aan, die het interessegebied vormen. (Met dank aan Wang et al. Wetenschap Vert. Med. 16 eadk5413 (2024))” title=”Klik om afbeelding in pop-up te openen” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/macrophage-adhering-micropatches-enable-mri-to- detect-brain-inflammation-physics-world.jpg”>MRI-kaarten van controlevarkens en varkens met mild TBI
Het contrast vergelijken Representatieve MRI-kaarten van controlevarkens en varkens met mild traumatisch hersenletsel (mTBI) geïnjecteerd met M-GLAM's of het commerciële contrastmiddel Gadavist. Het gestippelde vierkant geeft de laterale ventrikel en choroïdplexus aan, die het interessegebied vormen. (Met dank aan Wang et al. Wetenschap Vert. Med. 16 eadk5413 (2024))

Een ‘levend contrastmiddel’ zou kunnen helpen bij het diagnosticeren van mild traumatisch hersenletsel (TBI) wanneer conventionele magnetische resonantie beeldvorming (MRI) geen structurele veranderingen laat zien, zeggen onderzoekers van de Harvard University School of Engineering and Applied Sciences.

De onderzoekers laadden gadolinium, een standaard MRI-contrastmiddel, in op hydrogel gebaseerde micropatches die zich hechten aan immuuncellen, en visualiseerden in preklinische onderzoeken ontstekingen bij varkens met mild traumatisch hersenletsel. Uiteindelijk verwachten ze dat de technologie het aantal gediagnosticeerde gevallen van licht hersenletsel zal vergroten en de patiëntenzorg zal verbeteren.

“Als iemand valt of een lichte klap op zijn hoofd krijgt, is er misschien geen waarneembare verandering in de hersenstructuur, maar kunnen de hersenen nog steeds aanzienlijke schade hebben opgelopen, die zich in de loop van de tijd kan manifesteren. Vermoedelijke TBI-patiënten krijgen te horen dat het er goed uitziet, maar komen er vervolgens achter dat er [later] bijwerkingen optreden”, zegt Samir Mitragotri, wiens laboratorium het onderzoek uitvoerde. "Dus dat was de motivatie: kunnen we een gevoeliger manier ontwikkelen om mild TBI te detecteren?" De ontwikkeling van de technologie werd geleid door Lily Li-Wen Wang, een afgestudeerde student in de Mitragotri-lab. MRI-expertise werd geleverd door Rebekka Mannix van het Boston Children's Hospital en haar team.

Liften met de professionele eters van het immuunsysteem

Omdat het immuunsysteem weet dat de hersenen gewond zijn geraakt, zelfs bij ‘kleine’ trauma’s, zochten de onderzoekers naar een contrastmiddel dat gebruikt kon worden om immuuncellen op te sporen. Ze nestelen zich in macrofagen, witte bloedcellen die overvloedig aanwezig zijn, mobiel zijn en, naast hun andere functies in het immuunsysteem, worden gerekruteerd naar ontstekingsplaatsen en micro-organismen overspoelen.

“Macrofagen zijn berucht omdat ze alles eten wat eraan bindt – dit zijn professionele eters”, legt Mitragotri uit. “We hebben een label op de macrofaag geplakt, zodat de macrofaag op MRI te zien is.”

De onderzoekers noemden de technologie macrofaag-aanhangende Gd(III)-geladen anisotrope micropatches, of M-GLAMs. Zoals hun naam doet vermoeden, hechten M-GLAMs zich aan macrofagen en liften mee naar de gewonde hersenen. Omdat GLAM's zijn getagd met gadolinium, kunnen de onderzoekers met MRI zien waar de macrofagen in de hersenen verschijnen.

“De macrofaag zal zich overal in de hersenen lokaliseren waar de ontsteking zich bevindt, zodat je de locatie van de ontsteking kunt zien. Het primaire doel is echter om te zien of er sprake is van een ontsteking; de secundaire vraag is waar, omdat in het geval van licht hersenletsel meestal zelfs de eerste vraag niet wordt beantwoord”, zegt Mitragotri.

De onderzoekers testten het contrastmiddel door GLAMs in muizen en varkens te injecteren in een dosis van één of meer GLAMs per macrofaag. In tegenstelling tot Gadavist, een commercieel contrastmiddel op basis van gadolinium, veroorzaakten M-GLAMs geen bijwerkingen of toxiciteit en bleven ze langer dan 24 uur in de lichamen van dieren aanwezig voordat ze door de lever en de nieren werden geklaard. In een hersenletselmodel bij varkens observeerden ze M-GLAMs in de choroïde plexus, een gebied van de hersenen dat helpt bij het rekruteren van immuuncellen via de bloed-hersenvochtbarrière. Gadavist, dat snel uit het lichaam verdwijnt, lokaliseerde zich niet op plaatsen met hersenontsteking.

De concentratie gadoliniumionen in GLAMs is zo hoog dat de onderzoekers in dierstudies een 500 tot 1000 maal lagere dosis gadolinium konden gebruiken in vergelijking met die in Gadavist. Ze erkennen dat M-GLAMs bij meer dieren getest moeten worden en dat M-GLAMs zouden kunnen migreren naar ontstekingsplaatsen die geen verband houden met mild traumatisch hersenletsel.

GLAM's bereiden en karakteriseren

Gadolinium werkt als een MRI-contrastmiddel waar er contact is met water (T1 MRI-signalen vereisen interacties tussen waterprotonen en Gd(III). Dus in tegenstelling tot de meeste polymeren die voor biomedische toepassingen worden gebruikt, die hydrofoob en niet-poreus zijn, is een GLAM poreus en hydrofiel: een schijfvormige hydrogel die zich aan een macrofaag bindt wanneer de macrofaag hyaluronzuur in de hydrogel probeert te eten.

De macrofaag faalt in dit streven omdat de GLAM schijfvormig is (dat macrofagen geen schijfvormige en andere anisotrope deeltjes kunnen eten, ontdekten de onderzoekers in de loop van een ander onderzoek). Uiteindelijk binden GLAM's zich aan macrofagen zonder de migratie van macrofagen of andere functies te beïnvloeden.

“Het daadwerkelijke proces [van het vervaardigen van GLAM’s] bleek behoorlijk ingewikkeld te zijn”, zegt Mitragotri. “Ons team heeft een paar jaar hard gewerkt om de bereidingswijze helemaal uit te werken.” Het huidige fabricageprotocol omvat het mengen van gemodificeerd gadolinium en hyaluronzuur, het gieten van de vloeistof in een wafel met putjes erin en het ronddraaien van de wafel om de mallen gelijkmatig te vullen. Het schijnen van UV-licht op de gesponnen mallen verknoopt de polymeerketens en vormt een solide GLAM.

Toekomstig werk omvat gedetailleerde kinetische en dosis-responsstudies van M-GLAMs in de hersenen en het bevorderen van de technologie bij mensen, waarbij toepassingen de diagnose en mogelijk zelfs de behandeling van milde TBI, kankers en auto-immuunziekten omvatten.

Dit onderzoek is gepubliceerd in Science Translational Medicine.

Tijdstempel:

Meer van Natuurkunde wereld