Makrofag-vedhengende mikroplaster gjør det mulig for MR å oppdage hjernebetennelse – Physics World

Makrofag-vedhengende mikroplaster gjør det mulig for MR å oppdage hjernebetennelse – Physics World

Tidsstempel: 23. januar 2024 6:00

<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 Representative MR-kart over kontrollgriser og griser med mild traumatisk hjerneskade (mTBI) injisert med M-GLAM eller det kommersielle kontrastmiddelet Gadavist. Den prikkede firkanten indikerer lateral ventrikkel og choroid plexus, som danner området av interesse. (Med tillatelse: Wang et al. Sci. Overs. Med. 16 eadk5413 (2024))” title=”Klikk for å åpne bildet i popup” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/macrophage-adhering-micropatches-enable-mri-to- detect-brain-inflammation-physics-world.jpg”>MR-kart over kontrollgriser og griser med lett TBI
Sammenligner kontrasten Representative MR-kart over kontrollgriser og griser med mild traumatisk hjerneskade (mTBI) injisert med M-GLAM eller det kommersielle kontrastmiddelet Gadavist. Den prikkede firkanten indikerer lateral ventrikkel og choroid plexus, som danner området av interesse. (Med tillatelse: Wang et al. Sci. Overs. Med. 16 eadk5413 (2024))

Et «levende kontrastmiddel» kan bidra til å diagnostisere mild traumatisk hjerneskade (TBI) når konvensjonell magnetisk resonansavbildning (MRI) ikke viser strukturelle endringer, sier forskere ved Harvard University. Ingeniørfag og teknisk fakultet.

Forskerne lastet gadolinium, et standard MR-kontrastmiddel, inn i hydrogelbaserte mikroplaster som festes til immunceller, og i prekliniske studier visualiserte betennelse hos griser med mild TBI. Til syvende og sist forventer de at teknologien vil øke antallet diagnostiserte milde TBI-tilfeller og forbedre pasientbehandlingen.

"Hvis noen faller eller får en mild hodestøt, kan det hende at det ikke er noen påvisbar endring i hjernestrukturen, men hjernen kan fortsatt ha fått betydelig skade som kan manifestere seg over tid. Mistenkte TBI-pasienter blir fortalt at det ser bra ut, bare for å finne ut at bivirkninger dukker opp [senere], sier Samir Mitragotri, hvis laboratorium utførte studien. "Så det var motivasjonen - kan vi utvikle en mer sensitiv måte å oppdage mild TBI?" Utviklingen av teknologien ble ledet av Lily Li-Wen Wang, en doktorgradsstudent i Mitragotri Lab. MR-ekspertise ble levert av Rebekka Mannix fra Boston Children's Hospital og hennes team.

Haike med immunforsvarets profesjonelle spisere

Siden immunsystemet vet at hjernen har blitt skadet, selv med "mindre" traumer, søkte forskerne et kontrastmiddel som kunne brukes til å oppdage immunceller. De har hjemme på makrofager, hvite blodceller som er rikelig, mobile og, blant deres andre funksjoner i immunsystemet, rekrutteres til steder med betennelse og oppsluker mikroorganismer.

"Makrofager er beryktet for å spise det som binder seg til dem - disse er profesjonelle spisere," forklarer Mitragotri. "Vi setter en etikett på makrofagen slik at makrofagen kan sees på MR."

Forskerne kalte teknologien makrofag-adherende Gd(III)-lastede anisotrope mikrolapper, eller M-GLAM-er. Som navnet antyder, fester M-GLAM seg til makrofager og kjører inn i den skadde hjernen. Fordi GLAM-er er merket med gadolinium, kan forskerne bruke MR for å se hvor makrofagene dukker opp i hjernen.

"Makrofagen vil lokalisere seg uansett hvor betennelsen er i hjernen, slik at du kan se plasseringen av betennelsen. Hovedmålet er imidlertid å se om det er betennelse; det sekundære spørsmålet er hvor, fordi mesteparten av tiden i tilfelle av mild TBI, selv det første spørsmålet ikke blir besvart, sier Mitragotri.

Forskerne testet kontrastmidlet ved å injisere GLAM-er i mus og griser i en dose på en eller flere GLAM-er per makrofag. I motsetning til Gadavist, et kommersielt gadolinium-basert kontrastmiddel, forårsaket ikke M-GLAM bivirkninger eller toksisitet og vedvarte i dyrenes kropper i mer enn 24 timer før de ble fjernet av leveren og nyrene. I en svinehjerneskademodell observerte de M-GLAM i choroid plexus, en region av hjernen som hjelper til med å rekruttere immunceller gjennom blod-cerebrospinalvæskebarrieren. Gadavist, som forsvinner raskt fra kroppen, lokaliserte seg ikke til steder med hjernebetennelse.

Konsentrasjonen av gadoliniumioner i GLAM-er er høy nok til at forskerne i dyrestudier var i stand til å bruke en 500- til 1000 ganger lavere dose av gadolinium i forhold til Gadavist. De erkjenner at M-GLAM-er bør testes på flere dyr, og at M-GLAM-er kan migrere til steder med betennelse som ikke er relatert til mild TBI.

Forberede og karakterisere GLAM-er

Gadolinium fungerer som et MR-kontrastmiddel der det er kontakt med vann (T1 MR-signaler krever vannproton-Gd(III)-interaksjoner). Så i motsetning til de fleste polymerer som brukes til biomedisinske applikasjoner, som er hydrofobe og ikke-porøse, er en GLAM porøs og hydrofil - en skiveformet hydrogel som binder seg til en makrofag når makrofagen prøver å spise hyaluronsyre i hydrogelen.

Makrofagen mislykkes i denne bestrebelsen fordi GLAM er skiveformet (at makrofager ikke kan spise skiveformede og andre anisotrope partikler ble oppdaget av forskerne i løpet av en annen studie). Til syvende og sist binder GLAM seg til makrofager uten å påvirke makrofagmigrering eller andre funksjoner.

"Den faktiske prosessen [med å lage GLAM-er] viste seg å være ganske involvert," sier Mitragotri. "Teamet vårt jobbet ganske flittig i noen år for å få klargjort metoden for tilberedning." Den nåværende fabrikasjonsprotokollen innebærer å blande modifisert gadolinium og hyaluronsyre, helle væsken i en wafer med brønner i den, og spinne waferen for å fylle formene jevnt. Skinnende UV-lys på de spunnne formene tverrbinder polymerkjedene og danner en solid GLAM.

Fremtidig arbeid inkluderer detaljerte kinetiske og doseresponsstudier av M-GLAM-er i hjernen og fremme teknologien hos mennesker, der applikasjoner inkluderer diagnose og muligens til og med behandling av mild TBI, kreft og autoimmune tilstander.

Denne forskningen er publisert i Science translasjonell medisin.

Tidstempel:

Mer fra Fysikkens verden