Средства за повишаване на контраста при ЯМР на мозъка и други органи

Ядрено-магнитен резонанс контрастни вещества - група контрастни вещества, използвани за подобряване на видимостта на вътрешните структури на тялото по време на ядрено-магнитен резонанс (ЯМР). Най-често използваните формули за повишаване на контраста се основават на гадолиний. ЯМР контрастните агенти променят времето за релаксация на атомите в телесните тъкани, където те присъстват след перорално или интравенозно приложение. При MRI скенерите части от тялото са изложени на много силно магнитно поле, прилага се радиоимпулс, което кара някои атоми (включително атоми на контрастни вещества) да се въртят и след това да се отпуснат след спиране на импулса. Тази релаксация излъчва енергия, която се открива от скенера и се преобразува математически в изображение.

Видове ЯМР контрастни вещества

Най-често използваните MRI контрастни вещества действат чрез съкращаване на времето за релаксация (T1) на близките протони. T1 намалява, тъй като нивото на стимулираната емисия се увеличава от високоенергийни състояния (въртене, изравнено към основния регион) до нискоенергийни състояния (подравнено въртене). Термичната вибрация на магнитни метални йони в контрастно вещество създава трептящи електромагнитни полета с честоти, съответстващи на енергийната разлика между спиновите състояния (чрез E = hν), което води до необходимото стимулиране.

Ядрено-магнитен резонанс контрастни вещества могат да бъдат класифицирани по различни начини, включително:

Химичен състав
Начин на приложение
Магнитни свойства
Ефект върху изображението
Наличие и природа на метални атоми
Биоразпределение и приложения:
1. Извънклетъчни течни агенти (известни също като интравенозни контрастни вещества)
2. Средства за кръвен басейн (известни също като вътресъдови контрастни вещества)
3. Специфични за органите агенти (т.е. стомашно-чревни контрастни вещества и хепатобилиарни контрастни вещества)
4. Активни агенти за откриване/маркиране на клетки (т.е. тумор-специфични агенти)
5. Отзивчиви (известни също като интелигентни или биоактивирани) агенти
6. PH чувствителни агенти

Парамагнитен гадолиний (Gd)

Ядрено-магнитен резонанс контрастни вещества, съдържащи гадолиний, обикновено се използват за подобряване на съдовите образи при MR ангиография или за подобряване на изображенията на мозъчни тумори, свързани с нарушаване на кръвно-мозъчната бариера. За големи съдове като аортата и нейните разклонения дозата на гадолиний може да бъде едва 0,1 mmol на kg телесно тегло. По-високите концентрации често се използват за по-малки съдови системи. Гадолиниевите хелати не преминават кръвно-мозъчната бариера на мозъка, защото са хидрофилни. По този начин те са полезни за засилване на увреждане и подуване там, където гадолинийът се просмуква. В останалата част на тялото гадолиний първоначално циркулира, но след това се разпределя в междинното пространство или се екскретира от бъбреците.

Видове контрастни вещества на гадолиний

Гадолиниевите контрастни вещества могат да бъдат класифицирани на:

Извънклетъчна течност

Йонийски (магневист и дотарем)
Неутрално (Omniscan, Prohance, Gadavist, OptiMARK)

Вещества за кръвен басейн

Гадолиниеви комплекси, свързващи албумин (Ablavar и гадоколитична киселина)
Полимерни гадолиниеви комплекси (Gadomelitol и Gadomer 17)

(Primovist ™ и Multihance, които се използват като хепатобилиарни агенти)

Контрастни вещества, съдържащи гадолиний, одобрени за човешка употреба

Понастоящем на различни места се предлагат девет различни типа гадолиний-съдържащи контрастни вещества. В европейските страни, гадолиниевите хелатни контрастни вещества, одобрени от Европейската агенция по лекарствата, включват:

гадотерат (Dotarem)
гадодиамид (Omniscan)
гадобенат (MultiHance)
гадопентетат (Magnevist, Magnegita, Gado-MRT ratiopharm)
гадотеридол (ProHance)
гадоверсетамид (OptiMARK)
гадоксетат (Примовист)
гадобутрол (гадовист)

В САЩ одобрените от FDA хелатни контрастни вещества с гадолиний включват:

гадодиамид (Omniscan)
гадобенат (MultiHance)
гадопентетат (магневист)
гадотеридол (ProHance)
гадофосвесет (Аблавар, бивш васовист)
гадоверсетамид (OptiMARK)
гадоксетат (Eovist)
гадобутрол (гадавист)

Безопасност на гадолиниевите контрастни вещества

Ядрено-магнитен резонанс контрастни вещества, съдържащи гадолиний, се оказаха по-безопасни от йодирани контрастни вещества, използвани в рентгенография или компютърна томография. Анафилактичните реакции са редки, появяват се приблизително в 0,03-0,1% от случаите.

Суперпарамагнитен железен оксид

Има два вида контрастни вещества на железен оксид: суперпарамагнитен железен оксид (SPIO) и ултра малък суперпарамагнитен железен оксид (USPIO). Тези контрастни вещества са съставени от суспендирани колоиди от наночастици от железен оксид и когато се инжектират по време на сканиране, намаляват Т2 сигналите на абсорбиращата тъкан. В някои случаи контрастните вещества SPIO и USPIO са използвани за подобряване на образите на чернодробни тумори. Въпреки че употребата на тези средства е била одобрена в миналото, изглежда, че целият списък на агентите, изброени по-долу, вече не е наличен, с изключение на пероралния железен оксид Lumirem/Gastromark.

Суперпарамагнитни частици желязо-платина

Суперпарамагнитните частици желязо-платина имат значително по-добри стойности на Т2 в сравнение с по-често срещаните наночастици от железен оксид. Суперпарамагнитните частици желязо-платина също бяха капсулирани с фосфолипиди, за да се създадат многофункционални, дискретни свръхмагнитни имуномикроклетки желязо-платина, които конкретно са насочени към човешки клетки от рак на простатата. Тези експериментални агенти обаче все още не са тествани при хора. В скорошно проучване бяха синтезирани многофункционални мицели от супермагнитни частици желязо-платина, които бяха конюгирани със специфично мембранно антигенно моноклинно антитяло. Комплексът е насочен специално към човешки ракови клетки на простатата и резултатите показват, че суперпарамагнитните частици желязо-платина могат да играят роля в бъдеще като специфични за тумора контрастни вещества.

За разлика от други добре проучени наночастици на основата на железен оксид, изследванията върху наночастици на основата на манган са на относително ранен етап. Мангановите хелати като Mn-DPDP усилват сигнала Т1 и се използват за диагностициране на увреждане на черния дроб. В тялото хелатът се разделя на манган и DPDP, след което манганът се абсорбира и екскретира в жлъчката, докато DPDP се екскретира чрез бъбреците.

Мангановите йони (Mn 2+) често се използват като контрастно вещество при проучвания върху животни. Поради способността на Mn 2+ да навлиза в клетките през калциевите (Ca 2+) тубули, Mn 2 + може например да се използва за функционално изобразяване на мозъка.

Орални контрастни вещества

Голямо разнообразие от орални контрастни вещества могат да подобрят образите на стомашно-чревния тракт. Те включват хелати на гадолиний и манган или железни соли за подобряване на сигнала Т1. Бариев сулфат, въздух и глина са използвани за отслабване на Т2 сигнала. Естествени храни с високо съдържание на манган, като боровинки и зелен чай, също могат да се използват за увеличаване на контраста.

Perflubron се използва като MRI стомашно-чревен контрастен агент за педиатрични проучвания. Това контрастно вещество действа, като намалява количеството на водородните йони в корема, като по този начин изглежда като тъмно на изображенията.

Ядрено-магнитен резонанс на базата на протеин контрастни вещества

Последните изследвания показват, че потенциалът за протеинови контрастни вещества се основава на способността на някои аминокиселини да се свързват с гадолиний.

Бъдещи изследвания на ЯМР контрастни вещества

Множество изследователски екипи работят за разработването на следващото поколение ЯМР контрастни вещества, включително:

Alana Jaysanoff (Масачузетски технологичен институт)
Алън Корецки (Национален институт по неврологични разстройства и инсулт)
Дина Шери (Тексаски университет, Далас)
Баладжи Ситараман (Университет Стони Брук)
Томас Мийд (Северозападен университет)
Кен Реймънд (Калифорнийски университет, Бъркли)
Питър Караван (Харвардското медицинско училище)
Кристофър Чанг (Калифорнийски университет, Бъркли)
Hsian-Rong Zeng (UCLA)
Матю Дж. Алън (Университет Уейн)
Луис М. Де Леон-Родригес (Университет де Гуанахуато, Мексико)
Д-р Ширджел Алам (Университет в Единбург)
Джени Дж. Йънг (Държавен университет в Джорджия)