Radiolabeled magnetic nanoparticles for dual-modality disease imaging
Authors: Καραγεώργου Μαρία-Αργυρώ 
Published: June 2022

Οι σκιαγραφικοί παράγοντες διπλής απεικονιστικής ικανότητας (dual modality contrast agents-DMCAs), όπως είναι τα ραδιοεπισημασμένα μαγνητικά νανοσωματίδια, είναι πολλά υποσχόμενοι υποψήφιοι για μεγάλο αριθμό διαγνωστικών εφαρμογών, καθώς συνδυάζουν τα πλεονεκτήματα δύο διαφορετικών απεικονιστικών τεχνικών, της Υπολογιστικής Τομογραφίας Μονοφωτονικής Εκπομπής (Single Photon Emission Computed Tomography-SPECT) ή της Τομογραφίας Εκπομπής Ποζιτρονίου (Positron Emission Tomography-ΡΕΤ) με αυτή της Τομογραφίας Μαγνητικού Συντονισμού (Magnetic Resonance Imaging-MRI). Το όφελος αυτού του συνδυασμού σχετίζεται με την ερμηνεία των ληφθέντων πληροφοριών απεικόνισης με πιο αποδοτικό και ακριβή τρόπο, έτσι ώστε οι υποκείμενες ασθένειες να διαγνωστούν αξιόπιστα σε πρώιμα στάδια. Αυτός ο στόχος είναι εφικτός αφού ο προτεινόμενος DMCA συνδυάζει τα πλεονεκτήματα κάθε απεικονιστικής τεχνικής, για παράδειγμα την υψηλή ευαισθησία των SPECT/PET με την υψηλή χωρική διακριτική ικανότητα του MRI. H ανάπτυξη εργαλείων απεικόνισης που έχουν εξειδικευμένα απεικονιστικά χαρακτηριστικά μπορεί να οδηγήσει σε αποτελεσματική διάγνωση και, συνεπώς, στη καλύτερη διαχείρηση και ποιότητα ζωής του ασθενούς.O στόχος της διδακτορικής διατριβής επικεντρώθηκε στην ανάπτυξη δύο DMCAs, δηλαδή ενός SPECT/MRI και ενός PET/MRI DMCA και στην επακόλουθη αξιολόγησή τους μέσω in vivo πειραμάτων σε μύες και in vitro πειραμάτων με κύτταρα ανθρώπινου αίματος. Οι συγκεκριμένοι DMCAs αποτελούνται από μαγνητικά νανοσωματίδια (μαγνητίτης, Fe3O4), επιφανειακώς επικαλυμμένα με 2,3-δικαρβοξυπροπανο-1,1-διφωσφονικό οξύ (αναφέρεται εν συντομία ώς DPD) και ραδιοεπισημασμένα με γάλλιο-68 (68Ga) και τεχνήτιο-99m (99mTc) και αναφέρονται ώς [68Ga]Ga-DPD-Fe3O4 και [99mTc]Tc-DPD-Fe3O4, αντίστοιχα.Για το σκοπό αυτό, αρχικά συνθέσαμε τον μητρικό (μη ραδιοσημασμένο) σκιαγραφικό παράγοντα, DPD-Fe3O4, ο οποίος μέσω διαδικασιών ραδιοεπισήμανσης παρείχε τους [68Ga]Ga-DPD-Fe3O4 και [99mTc]Tc-DPD-Fe3O4 DMCAs. Εξαιτίας των προφανών θεμάτων ασφάλειας που σχετίζονται με αυτές τις διαδικασίες, τα πειράματα διεξάγονται υπό ειδικές ραδιοπροστατευτικές προφυλάξεις για τη μείωση του κινδύνου τραυματισμών. Μετά την ανάπτυξη των DMCAs μελετήσαμε λεπτομερώς τις φυσικές τους ιδιότητες (κρυσταλλογραφικές, μορφολογικές, μαγνητικές και ραδιενεργές) μέσω διαφόρων πειραματικών τεχνικών. Συγκεκριμένα, χρησιμοποιήσαμε περίθλαση ακτίνων-Χ, δυναμική σκέδαση φωτός, ζ-δυναμικό, οπτική μικροσκοπία (ΟΜ), μικροσκοπία ατομικής δύναμης (AFM), μαγνητόμετρο υπεραγώγιμης κβαντικής συμβολής, εξοπλισμό μέτρησης ραδιενέργειας και κλινικό αιματολογικό αναλυτή.Για να αξιολογήσουμε την in vivo αποτελεσματικότητα των [68Ga]Ga-DPD-Fe3O4 και [99mTc]Tc-DPD-Fe3O4 DMCAs, πραγματοποιήσαμε μελέτες βιοκατανομής σε φυσιολογικούς και σε ανοσοκατεσταλμένους μύες. Επίσης, πραγματοποιήσαμε πειράματα απεικόνισης PET/SPECT και MRI σε φυσιολογικούς μύες, προκειμένου να αξιολογηθεί περαιτέρω η βιοκατανομή αυτών των DMCAs, καθώς επίσης και η απεικονιστική τους ικανότητα σε σύγκριση με αυτή του μητρικού μη ραδιοσημασμένου σκιαγραφικού παράγοντα, DPD-Fe3O4. Δεδομένου λοιπόν ότι ο απώτερος στόχος της έρευνάς μας είναι οι in vivo εφαρμογές PET/SPECT και MRI αυτών των DMCAs σε ανθρώπους, αξιολογήσαμε την βιοσυμβατότητα του [68Ga]Ga-DPD-Fe3O4 DMCA μέσω in vitro πειραμάτων με τα έμμορφα στοιχεία του περιφερικού ανθρώπινου αίματος, συγκεκριμένα με τα ερυθρά αιμοσφαίρια, με τα λευκά αιμοσφαίρια και με τα αιμοπετάλια. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήσαμε μια συμβατική (ΟΜ) και μια προηγμένη (AFM) τεχνική μικροσκοπίας, για την απόκτηση ποσοτικής και ποιοτικής πληροφορίας σε μικροσκοπικό (10-6 m) και νανοσκοπικό (10-9 m) επίπεδο.Τα αποτελέσματα που παρουσιάζονται σε αυτή τη διατριβή αποδεικνύουν ότι οι συγκεκριμένοι DMCAs, [68Ga]Ga-DPD-Fe3O4 και [99mTc]Tc-DPD-Fe3O4, είναι πολλά υποσχόμενοι υποψήφιοι για μελλοντική έρευνα σε κλινικές δοκιμές.