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现代模拟技术可以改进核磁共振成像 更有效地发现疾病

2021-10-01 15:59     来源:cnBeta     PET/MRI
莱斯大学的工程师找到了更有效的模型来分析发现疾病的造影剂。钆基造影剂是磁共振成像(MRI)中确定病人健康状况的黄金标准,据莱斯大学的工程师称,他们正在完善最初用于提高石油和天然气采收率的模型,可以加以改进。


 

由乔治-R-布朗工程学院的Dilip Asthagiri和Philip Singer领导的团队曾研究过如何通过分子动力学模拟来优化核磁共振工具,这些工具通常在石油行业用于描述地下矿藏的特征。

Asthagiri说:"我们在那里解决了很多基本的科学问题,我们想知道是否有其他方法可以使用这些模拟。"

Singer说:"全世界每年大约有1亿次核磁共振检查,其中大约40%使用钆基造影剂,但是自20世纪80年代以来,他们对这些造影剂的核磁共振反应建模的方式没有明显变化。我们认为这将是我们想法的一个很好的测试平台"。

他们的研究成果发表在英国皇家化学会的《物理化学化学物理学》杂志上。

他们的论文展示了限制模拟中的参数数量如何有可能改善对钆基造影剂的分析以及它们在临床诊断中的成像效果。他们的目标是制造更好、更可定制的造影剂。


 

图为水中被DOTA包围的钆离子,基于莱斯大学工程师模拟,钆离子(深蓝色)在水中被一种被称为DOTA的螯合物包围。在进行磁共振成像扫描后,需要使用螯合物来尽量减少钆在体内的滞留。绿色原子是碳,浅蓝色是氮。

医生使用磁共振成像设备来"查看"身体内部软组织的状态,包括大脑,方法是诱导永远存在的水分子的氢核中的磁矩沿着磁场排列。当排列的原子核在被激发后"放松"回到热平衡状态时,该设备会检测到亮点,它们放松得越快,对比度就越亮。

这就是顺磁钆基造影剂的作用。Asthagiri说:"钆离子通过减少氢核的T1松弛时间来提高灵敏度并使信号更亮。我们的最终目标是帮助这些药剂的优化和设计。"

通常情况下,钆被"螯合" - 被金属离子包围以使其毒性降低。Singer说:"身体不能自行清除钆,需要进行螯合,这样肾脏才能在扫描后将其排出。"但螯合作用也减缓了分子的旋转,这在MRI图像中形成了更好的对比度。"

研究人员指出,"螯合"来自于希腊语中的爪子。他说:"在这种情况下,这些爪子抓着钆,使其稳定。我们希望我们的模型能帮助我们设计一个更强大的抓手,这将使它们更安全,同时最大限度地提高它们增加对比度的能力。"

他们承认,钆螯合物在20世纪80年代末推出时彻底改变了MRI测试,但最近却引起了争议,因为人们发现肾功能受损的病人无法消除所有的毒素。研究人员后来发现,如果有良好的肾脏功能,其好处超过了潜在的风险。"

该团队还在调整其模型,使之超越与水的相互作用。Asthagiri说:"在生物系统中,细胞有其他成分,如溶氧剂和变性剂,如尿素,所以我们正在为钆与这些不同的环境建立模型,以实现各种应用。"
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