Контрастні агенти для магнітно-резонансної томографії
Фізичний принцип роботи МРТ агентів (клацніть картинку для збільшення)
МРТ генерує зображення за допомогою вимірювання високочастотних сигналів, що виникають завдяки магнітним моментам ліпідних і, головним чином, водних протонів у живих тканинах.
Використання води як досліджуваної молекули має багато переваг. Водень має найбільшу чутливість серед усіх біологічних ядер, і вода є у великих концентраціях у більшості тканин.
Магнітні властивості води чутливі до локальної мікроструктури та складу біологічних тканин. Неправильний розвиток, якому притаманні процеси дифузії, перфузії, течії та руху, можуть бути розраховані специфічними послідовними МРТ-вимірюваннями. Магнітні властивості ядер водню молекул води можуть бути модульовані взаємодіями з магнітними об'єктами, які є або ендогенними до тканин (діоксигемоглобін) або можуть бути введені як екзогенні агенти.
Нормальний контрастний сигнал МРТ залежить головним чином від щільності спина протона а також від поздовжнього (T1) і поперечного (T2) часів релаксації. У здорових м'яких тканинах відмінності локальних часів релаксації часто досить висока, щоб одержати обгрунтованих Т1 і Т2 - томограм органів. Патологічні тканини можуть бути відмінні від здорових на основі суттєвих відмінностей значень Т1 і Т2. Проте існує багато патологічних станів, які не призводять до значних морфологічних змін і не показують достатніх специфічних змін часів релаксації. За цих обставин патологія може бути визначена при використанні контрастних агентів, які локально змінюють час релаксації хворої тканини. Переваги використання контрастних агентівістотні, хоча їх застосування до певної міри порушує безконтактний принцип МРТ. Комбінація МРТ та контрастних агентів суттєво збільшує можливості зображення запалень, таких як артрит, пухлинний ангіогенез, атеросклеротичні бляшки та інші. Розробки останніх років у галузі клітинної та молекулярної візуалізації посилили пошук нових та кращих контрастних агентів. Мета клітинної та молекулярної візуалізації - чітке уявлення про молекулярні та клітинні безконтактні процесиin vivo. Це досягнуто, наприклад, радіоактивним мітчиком або контрастним агентом для МРТ, спрямованим на цільові молекули або процеси, що цікавлять. Мітчики призначені для включення до рецепторів поверхні клітини для надання відмінності широкого кола біологічних та фізіологічних процесів на клітинному та молекулярному рівні пов'язаних з пухлиною та іншими захворюваннями.
Агенти для МРТ генерують зображення в основному завдяки зміні часів Т1 і Т2 протонів води, що оточуютьконтрастний агент. релаксація, тобто. можливість скорочувати часи Т1 та Т2 для води, МРТ агента визначається зміною поздовжніх та поперечних ступенів релаксації на одиницю концентрації контрастного агента. Константа пропорційності називається релаксацією, r1 або r2 і виражається в мМ -1 xс -1 . Релаксації r1 та r2 головним чином залежать від сили магнітного поля. Для більшої ясності поведінки релаксації специфічного агента r1 і r2 виражають функції сили магнітного поля, т.зв. дисперсії ядерної магнітної релаксації Взагалі, r1 зменшується при високих значеннях сили поля, тоді як r2 залишається постійною або збільшується. Співвідношення між r1 і r2 визначається або контрастним агентом придатним для посилення сигналу Т1-томограмах або агентом дляпосилення сигналу Т2-томограм. Т.зв. Т1-агенти, зазвичай це хелати Gd, мають співвідношення r1>r2 і генерують позитивний контраст на Т1-томограмах (яскраві плями), тоді як Т2-агенти мають широкий негативний контраст на Т2-томограмах (темні плями). Останнім часом, окремо від Т1 та Т2-агентів, запропонований новий клас контрастних агентів. Ці агенти містять обмінні протони, які при випромінюванні на їх специфічній частоті поглинання передають насичену намагніченість об'ємний сигнал води, тим самим, зменшуючи інтенсивність сигналу води, що відображається у вигляді темних плям в томограмах. Ці речовини називаються хімічно обмінними переносниками насичення (chemical exchange saturation transfer (CEST) agents). Головною перевагою CEST-агентів є те, що вони дозволяють виявити протони макромолекул та мембран у біологічних тканинах, які мають низьке значення Т2 та не можуть бути безпосередньо визначені методом МРТ.
На малюнку схематично подано фізичний принцип роботи МРТ агентів: А: Т1 агент Gd-DTPA (контрастний агент). Вода, координована у внутрішній координаційній сфері іона Gd 3+, відчуває ефективну релаксацію. Важливими властивостями релаксації є відносний час обертання τr всього комплексу, відносний час обміну m і відносний час дифузії τd. B: Індуковане фазове зрушення зумовлює швидку втрату поперечної намагніченості, внаслідок чого часи релаксації протонів води Т2, що оточує суперпарамагнітні частки FeO, стають більш короткими. З: CEST-агенти. При високочастотному опроміненні обмінних протонів (I) насичена намагніченість перетворюється на резонанс молекул води, що призводить до зниження інтенсивності сигналу. Експеримент II служить контролем для неспецифічних високочастотних ефектів.Див рис показуєпринципи роботи мрт