Knorpelgewebe: Fluorophore verbildlichen Grenzen

25. Juni 2015
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Durch neue NIR-Fluorophore als Kontrastmittel können Knorpel- aber auch Knochengewebe mit besserem Signal-Rausch-Verhältnis abgebildet werden. Eine Zweikanal-NIR-Methode bietet die Möglichkeit, beide Gewebe simultan abzubilden und Veränderungen in Echtzeit darzustellen.

„Der Hauptvorteil von NIR-Fluorophoren für die Bildgebung von Knorpelgewebe liegt in der Möglichkeit, strukturinhärentes Targeting durch ein einziges Molekül durchzuführen. Die NIR-Fluorophore sind für das Knorpelgewebe hoch affin, sodass ein äußerst präziser Nachweis bei extrem kleinem Hintergrundrauschen und gleichzeitig sehr geringen zu injizierenden Dosen möglich ist“, erklärt Hak Soo Choi von der Harvard Medical School in Boston. Nach Durchmusterung einer Bibliothek von NIR-Fluorophoren identifizierten Choi und Mitarbeiter Moleküle mit Polymethingerüst und quartären Ammoniumionen als diejenigen Fluorophore mit der größten Knorpelspezifität. Durch chemische Synthese stellten sie diese Verbindungen her und passten ihre Eigenschaften wie Wasserlöslichkeit oder Ladung an. Zwei höchst vielversprechende Kandidaten wurden dann im Tiermodell auf ihre bildgebenden Eigenschaften hin getestet.

Noch ist nicht ganz klar, an welche Zielmoleküle die neuartigen Kontrastmittel binden. Die Wissenschaftler gehen jedoch davon aus, dass die positiv geladenen Fluorophore mit den stark negativ geladenen Komponenten des Knorpelgewebes assoziieren. Die NIR-Fluorophore sind äußerst stabil und werden im Gewebe nicht abgebaut. Ein bis vier Stunden nach der Injektion einer Einzeldosis lässt sich ein starkes NIR-Fluoreszenzsignal ausschließlich für Knorpelgewebe nachweisen. Eine Zweikanal-NIR-Methode mit den neuen NIR-Fluorophoren für Knorpel und den bereits bekannten NIR-Fluorophoren für Knochen bietet die Möglichkeit, Knorpel- und Knochengewebe simultan abzubilden und Veränderungen in Echtzeit darzustellen.

Fluorophore als Kontrastmittel, um Knorpelgewebe mit ausgezeichetem Signal-Rausch-Verhältnis abzubilden. © Wiley-VCH

Fluorophore als Kontrastmittel, um Knorpelgewebe mit ausgezeichetem Signal-Rausch-Verhältnis abzubilden. © Wiley-VCH

Auch anderen Kontrastmitteln sind die neuen NIR-Fluorophore überlegen, wie Choi erklärt: „NIR-Fluorophore bieten eine hohe räumliche Auflösung, mit der die Abgrenzungen und die Dicke des Knorpelgewebes vom benachbarten Knochen in Echtzeit unterschieden werden können. Nanopartikelformulierungen dringen nicht so tief ein und können auch nicht so deutlich abgrenzen“. Als Anwendungen der neuen knorpelspezifischen NIR-Fluorophore kommen die Überwachung des Knorpelabbaus in Frage, sie können bei der Entwicklung von neuen Arzneimitteln helfen oder für die bildgeführte Chirurgie nützlich sein.

Originalpublikation:

Cartilage-Specific Near-Infrared Fluorophores for Biomedical Imaging
Hak Soo Choi et al.; Angewandte Chemie, doi: 10.1002/ange.201502287; 2015

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