Nieuwe MRI-techniek meet gadolinium nauwkeuriger

Onderzoekers van het Duitse kankeronderzoekscentrum DKFZ hebben een nieuwe methode ontwikkeld om zeer kleine hoeveelheden gadolinium te detecteren. Dit metaal wordt veelvuldig gebruikt in contrastmiddelen voor MRI-onderzoeken. Door gebruik te maken van xenongas en een bijzondere moleculaire structuur kunnen de wetenschappers gadolinium in lage concentraties meten. De techniek kan op termijn bijdragen aan betere analysemethoden voor MRI-contrastmiddelen en het opsporen van gadolinium in het milieu.

MRI is een belangrijke beeldvormingstechniek voor het diagnosticeren van uiteenlopende aandoeningen. Met behulp van sterke magnetische velden en radiogolven kunnen gedetailleerde beelden van organen en weefsels worden gemaakt, zonder blootstelling aan ioniserende straling. Om afwijkingen beter zichtbaar te maken, worden bij een deel van de onderzoeken contrastmiddelen gebruikt. Veel daarvan bevatten gadolinium, een metaal met magnetische eigenschappen dat het contrast tussen verschillende weefsels kan versterken.

Gadolinium wordt in deze middelen gebonden aan een zogenoemd chelaat, een moleculaire structuur die het metaal omsluit. Deze binding is belangrijk omdat vrij gadolinium schadelijk kan zijn voor het lichaam. Na toediening worden gadoliniumhoudende contrastmiddelen doorgaans via de nieren uitgescheiden. Vervolgens kunnen resten via het afvalwater in het milieu terechtkomen. Daar kunnen de verbindingen langdurig aanwezig blijven.

Xenongas als gevoelige sensor

Onderzoekers van het Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ) hebben een methode ontwikkeld waarmee gadolinium op basis van magnetische signalen nauwkeuriger kan worden gemeten dan met eerdere MRI-gebaseerde technieken. Het onderzoek stond onder leiding van Leif Schröder, hoofd van de afdeling Translational Molecular Imaging.

De wetenschappers maakten gebruik van gehyperpolariseerd xenon. Dit edelgas kan door zijn bijzondere magnetische eigenschappen sterke signalen produceren die met magnetische resonantie worden gemeten. Het xenon werd opgesloten in een speciaal ontworpen moleculaire structuur, vergelijkbaar met een kooi. In deze opstelling ontstaan twee afzonderlijke signalen: één van xenon dat zich binnen de moleculaire kooi bevindt en één van vrij xenon in de oplossing.

Wanneer gadolinium aan de oplossing wordt toegevoegd, verdringt het metaal het xenon uit de kooi. Daardoor neemt het signaal van het gebonden xenon af. Door deze verandering te meten, kunnen onderzoekers de concentratie gadolinium bepalen. Volgens eerste auteur Hannah Gerbeth bleek het mogelijk om concentraties in het micromolaire bereik vast te stellen. Daarmee is aangetoond dat de moleculaire structuur onder de onderzochte omstandigheden als gevoelige gadoliniumsensor kan functioneren.

Toepassingen in zorg en milieu

De nieuwe methode kan mogelijk worden gebruikt om onderscheid te maken tussen vrij gadolinium en gadolinium dat aan een chelaat is gebonden. Dat onderscheid is relevant bij onderzoek naar de chemische eigenschappen en het gedrag van MRI-contrastmiddelen. Ook kan het helpen bij het ontwikkelen van analysemethoden voor gadoliniumhoudende stoffen in het milieu. Volgens Schröder bestaat behoefte aan gevoelige meetmethoden om gadolinium afkomstig van medische toepassingen en industriële processen beter te kunnen volgen.

De onderzoekers benadrukken dat verdere ontwikkeling nodig is. Zo moet worden vastgesteld of de sensor ook bij andere concentraties betrouwbaar functioneert. Daarnaast onderzoeken zij of andere metaalionen eveneens aan de moleculaire kooi kunnen binden. Wanneer dat gebeurt, kunnen deze stoffen de meting beïnvloeden. De resultaten betreffen vooralsnog een experimentele analysemethode. Er is nog niet aangetoond dat de techniek direct toepasbaar is bij patiënten of binnen reguliere MRI-onderzoeken.

MRI innovaties

Deze ontwikkelingen laten zien hoe onderzoekers op verschillende manieren werken aan betere medische beeldvorming en diagnostiek. Zo schreven wij begin dit jaar over een innovatieve MRI-antenne van het Max Delbrück Center. Deze antenne maakt gebruik van metamaterialen om radiosignalen gerichter te sturen en de beeldkwaliteit te verbeteren. De technologie werd bij vrijwilligers getest voor beeldvorming van het oog en de oogkas met een MRI-scanner van 7 tesla. Volgens de onderzoekers kan de antenne scherpere beelden opleveren en scantijden verkorten, zonder dat bestaande MRI-systemen ingrijpend hoeven te worden aangepast.

Ook buiten de MRI-technologie wordt gewerkt aan nieuwe beeldvormingsmethoden. Onderzoekers van de University of Southern California en Caltech ontwikkelden bijvoorbeeld een hybride 3D-systeem dat echografie combineert met fotoakoestische beeldvorming. Met dit systeem kunnen zowel weefselstructuren als bloedvaten driedimensionaal zichtbaar worden gemaakt. De techniek werd onderzocht bij verschillende lichaamsdelen en kan mogelijk een aanvulling vormen op bestaande diagnostische methoden. Ook hier is verdere ontwikkeling noodzakelijk voordat brede klinische toepassing mogelijk is.