מדענים מאוניברסיטת אורגון סטייט הגישו פטנט על עיצוב לחומר ניגוד חדש להדמיית תהודה מגנטית עם פוטנציאל להתעלות על הסוכנים הנוכחיים תוך שהוא פחות רעיל לחולים וידידותי יותר לסביבה.
החומר החדש מבוסס על מבנה המכונה מסגרת מתכת אורגנית או MOF, שפיתוחו בשנות ה-90 זיכה השנה את פרס נובל לכימיה, שכן השימושים הרבים האפשריים של MOFs מתגלים יותר ויותר.
MOFs מורכבים מיוני מתכת טעונים חיובית המוקפים במולקולות "מקשרות" אורגניות. יש להם נקבוביות בגודל ננו וניתן לעצב אותם עם מגוון רכיבים שקובעים את תכונות ה-MOF.
חוקרים בראשות Kyriakos Stylianou מהמכללה למדע OSU אומרים ש-MOF המבוסס על מנגן החדש שלהם, שהם כינו BVR-19, הוא חלופה מבטיחה לחומרי ניגוד המשמשים כיום על בסיס גדוליניום. BVR הוא קיצור של בונה, הקמע של OSU.
חומר ניגוד, הנקרא גם חומר ניגוד, הוא חומר המשפר את הנראות של רקמות במהלך הדמיה רפואית. בעולם, לתעשיית חומרי הניגוד של ה-MRI יש שווי מוערך של יותר מ-1.5 מיליארד דולר וצפוי לגדול ב-750 מיליון דולר בחמש השנים הקרובות על רקע הביקוש הגובר להליכי אבחון לא פולשניים.
גדוליניום הוא יסוד אדמה נדיר שמגיע עם חששות לגבי רעילות לחולים, פגיעה אפשרית בסביבה ובעיות שרשרת האספקה בהתחשב בעובדה שסין אחראית לרבות ממאגרי האדמה הנדירים וחלק ניכר מיכולת העיבוד והייצור.
מנגן, לעומת זאת, מצוי בשפע בקרום כדור הארץ. בנוסף לשימוש בייצור סוללות, פלדה וקרמיקה, מנגן חיוני לבריאות האדם בכמויות קורט, וממלא תפקידים בנוגדי חמצון, יצירת עצם ומטבוליזם של כולסטרולים, פחמימות וחומצות אמינו.
"BVR-19 מייצג שינוי פרדיגמה בעיצוב חומרי ניגוד MRI," אמר Stylianou, המנהל את מעבדת גילוי החומרים של OSU, או מעבדת MaD.
אנו מחליפים מתכות רעילות במתכות בשפע ומתאימות ביולוגיות, מבלי לפגוע בביצועים".
Kyriakos Stylianou, המכללה למדעים, אוניברסיטת אורגון סטייט
גדוליניום נמצא בשימוש בחומרי ניגוד במשך כמעט 40 שנה, הוא אמר. הגוף אינו מבצע חילוף חומרים של חומרי הניגוד, ולכן הם עוברים כמעט ללא שינוי למערכות שפכים ועמידים להתפרקות במכוני טיהור. ההשפעות האקוטוקסיקולוגיות ארוכות הטווח שלהם לא מובנות היטב.
קיים גם סיכון, אמר Stylianou, מאצירת גדוליניום בגוף. רוב החומרים מתוכננים להיות מופרשים תוך 24 שעות ממתן הטיפול, אך גם בחולים עם תפקוד כליות תקין, גדוליניום יכול להישאר ברקמות במשך חודשים או שנים. שימור לא נקשר באופן סופי למחלה, אבל מינהל המזון והתרופות פרסם אזהרות ודורש חינוך למטופלים בגלל אי ודאות לגבי ההשלכות ארוכות הטווח.
BVR-19 הוא ה-MOF המבוסס על מנגן הראשון שמשלב L-cystine, חומצת אמינו טבעית, תואמת ביולוגית, אמר Stylianou. הסינתזה שלו מתרחשת במים בטמפרטורת החדר, אין צורך בממיסים רעילים או בתנאים קשים אחרים, ובדיקות מראות שהוא מאפשר תמונות בהירות וברורות יותר במינונים נמוכים יותר מהנדרש מהסוכנים הזמינים המסחריים הנוכחיים.
"עבודה זו מדגישה את ההובלה של OSU בתכנון MOFs פונקציונליים ליישומים רפואיים וסביבתיים ומדגימה כיצד כימיה ירוקה ועיצוב חומרים יכולים להתכנס ליצירת טכנולוגיות בטוחות יותר", אמר. "זה מגשר בין כימיה, טוקסיקולוגיה ורפואה, מראה כיצד שיתוף פעולה בין דיסציפלינות יכול להפוך תגליות בסיסיות לטכנולוגיות שמשפרות ישירות את בריאות האדם."
הדוקטורנט ג'ייקוב לסרד ודילן פייל התואר הראשון היו המחברים הראשונים של המחקר, שפורסם ב- Journal of Materials Chemistry B. חברים נוספים שתרמו במעבדת MaD היו עמית פוסט-דוקטורט אנדז'יי גלדיסיאק, הדוקטורנט עמנואל מוסא והבוגר ג'ף בואן.
שיתוף הפעולה כלל גם את רובין טנגוואי, ליסה טרונג וסיוה קולורי ממכללת OSU למדעי החקלאות וקורי וויאט מאוניברסיטת אורגון לבריאות ומדע.
