Makrofag-vidhäftande mikroplåster gör det möjligt för MRT att upptäcka hjärninflammation – Physics World

Makrofag-vidhäftande mikroplåster gör det möjligt för MRT att upptäcka hjärninflammation – Physics World

Tidsstämpel: 23 januari 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="Jämför kontrasten Representativa MRT-kartor över kontrollgrisar och grisar med mild traumatisk hjärnskada (mTBI) injicerade med M-GLAM eller det kommersiella kontrastmedlet Gadavist. Den prickade kvadraten indikerar den laterala ventrikeln och plexus choroid, som bildar den intressanta regionen. (Med tillstånd: Wang et al. Sci. Transl. Med. 16 eadk5413 (2024))” title=”Klicka för att öppna bild i popup” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/macrophage-adhering-micropatches-enable-mri-to- detect-brain-inflammation-physics-world.jpg”>MRT-kartor över kontrollgrisar och grisar med lätt TBI
Jämför kontrasten Representativa MRT-kartor över kontrollgrisar och grisar med mild traumatisk hjärnskada (mTBI) injicerade med M-GLAM eller det kommersiella kontrastmedlet Gadavist. Den prickade kvadraten indikerar den laterala ventrikeln och plexus choroid, som bildar den intressanta regionen. (Med tillstånd: Wang et al. Sci. Transl. Med. 16 eadk5413 (2024))

Ett "levande kontrastmedel" kan hjälpa till att diagnostisera mild traumatisk hjärnskada (TBI) när konventionell magnetisk resonanstomografi (MRT) inte visar strukturella förändringar, säger forskare vid Harvard University. Skolan för teknik och tillämpade vetenskaper.

Forskarna laddade gadolinium, ett standard MRT-kontrastmedel, i hydrogelbaserade mikroplåster som fäster på immunceller, och i prekliniska studier visualiserades inflammation hos grisar med mild TBI. I slutändan räknar de med att tekniken kommer att öka antalet diagnostiserade lindriga TBI-fall och förbättra patientvården.

"Om någon faller eller får en mild huvudstöt kanske det inte finns någon detekterbar förändring i hjärnans struktur, men hjärnan kan ändå ha fått betydande skador som kan visa sig över tid. Misstänkta TBI-patienter får veta att det ser bra ut, bara för att få reda på att biverkningar dyker upp [senare], säger Samir Mitragotri, vars labb genomförde studien. "Så det var motivationen - kan vi utveckla ett känsligare sätt att upptäcka mild TBI?" Utvecklingen av tekniken leddes av Lily Li-Wen Wang, en doktorand i Mitragotri Lab. MRT-expertis tillhandahölls av Rebecka Mannix från Boston Children's Hospital och hennes team.

Lifta med immunförsvarets professionella ätare

Eftersom immunsystemet vet att hjärnan har skadats, även med "mindre" trauman, sökte forskarna ett kontrastmedel som kunde användas för att upptäcka immunceller. De hittade makrofager, vita blodkroppar som är rikliga, rörliga och, bland deras andra funktioner i immunsystemet, rekryteras till platser för inflammation och uppslukar mikroorganismer.

"Makrofager är ökända för att äta vad som än binder till dem - de här är professionella ätare", förklarar Mitragotri. "Vi sätter en etikett på makrofagen så att makrofagen kan ses på MRT."

Forskarna kallade tekniken makrofagvidhäftande Gd(III)-laddade anisotropa mikroplåster, eller M-GLAM. Som deras namn antyder, fäster M-GLAM på makrofager och knyter en tur in i den skadade hjärnan. Eftersom GLAM är taggade med gadolinium kan forskarna använda MRT för att se var makrofagerna dyker upp i hjärnan.

"Makrofagen kommer att lokaliseras varhelst inflammationen finns i hjärnan, så att du kan se platsen för inflammationen. Det primära målet är dock att se om det finns inflammation; den sekundära frågan är var, eftersom för det mesta i fallet med mild TBI, inte ens den första frågan besvaras”, säger Mitragotri.

Forskarna testade kontrastmedlet genom att injicera GLAMs i möss och grisar i en dos av en eller flera GLAMs per makrofag. Till skillnad från Gadavist, ett kommersiellt gadoliniumbaserat kontrastmedel, orsakade M-GLAM inte biverkningar eller toxicitet och kvarstod i djurens kroppar i mer än 24 timmar innan de rensades av levern och njurarna. I en hjärnskadamodell för grisar observerade de M-GLAMs i plexus choroid, en region av hjärnan som hjälper till att rekrytera immunceller genom blod–cerebrospinalvätskebarriären. Gadavist, som försvinner från kroppen snabbt, lokaliserades inte till platser med hjärninflammation.

Koncentrationen av gadoliniumjoner i GLAM är tillräckligt hög för att i djurstudier kunde forskarna använda en 500- till 1000 gånger lägre dos av gadolinium jämfört med den i Gadavist. De erkänner att M-GLAM bör testas på fler djur och att M-GLAM kan migrera till platser för inflammation som inte är relaterade till mild TBI.

Förbereda och karakterisera GLAMs

Gadolinium fungerar som ett MRT-kontrastmedel där det finns kontakt med vatten (T1 MRI-signaler kräver vattenproton-Gd(III)-interaktioner). Så till skillnad från de flesta polymerer som används för biomedicinska tillämpningar, som är hydrofoba och icke-porösa, är en GLAM porös och hydrofil – en skivformad hydrogel som binder till en makrofag när makrofagen försöker äta hyaluronsyra i hydrogelen.

Makrofagen misslyckas i denna strävan eftersom GLAM är skivformad (att makrofager inte kan äta skivformade och andra anisotropa partiklar upptäcktes av forskarna under en annan studie). I slutändan binder GLAM till makrofager utan att påverka makrofagmigration eller andra funktioner.

"Själva processen [att tillverka GLAMs] visade sig vara ganska involverad", säger Mitragotri. "Vårt team arbetade ganska flitigt under några år för att få fram beredningsmetoden i sin helhet." Det nuvarande tillverkningsprotokollet innebär att man blandar modifierat gadolinium och hyaluronsyra, häller vätskan i en wafer med brunnar i och snurrar wafern för att fylla formarna jämnt. Lysande UV-ljus på de snurrade formarna tvärbinder polymerkedjorna och bildar ett fast GLAM.

Framtida arbete inkluderar detaljerade kinetiska och dosresponsstudier av M-GLAMs i hjärnan och utveckling av teknologin hos människor, där tillämpningar inkluderar diagnos och möjligen även behandling av mild TBI, cancer och autoimmuna tillstånd.

Denna forskning publiceras i Vetenskap translationell medicin.

Tidsstämpel:

Mer från Fysikvärlden