Diese Studie wurde unter der Leitung von Dr. Ming-Liang Tong (Key Laboratory of Bioanorganic and Synthetic Chemistry of Ministry of Education, School of Chemistry, Sun Yat-Sen University) und Dr. Shiping Yang (College of Chemistry and Materials Science) durchgeführt , Shanghai Normal University).
Hai-Ling Wang von der Sun Yat-Sen University war verantwortlich für die Synthese von hochstabilen sphärischen Clustern (Ho32 und Gd32), die Analyse der hochauflösenden Elektrospray-Massenspektrometrie (HRESI-MS), die Analyse des Lösungsverhaltens und des Aufbaumechanismus.
Donglin Liu von der Shanghai Normal University führte In-vivo- und In-vitro-Toxizitäts- und Magnetresonanztomographietests und -analysen zu Gd32 durch. Aufgrund der stark exponierten Metallzentren werden Lanthanoid-Cluster mit hohem Kerngehalt normalerweise leicht von Lösungsmittelmolekülen in Lösung angegriffen und verlieren ihre Stabilität, was ihre Anwendung in Lösung einschränkt.
Basierend auf der Liganden-geschützten Metallcluster-Kernstrategie entwarf und synthetisierte das Forschungsteam sphärische hochnukleare Lanthanid-Cluster mit hoher Stabilität und ausgezeichneter Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln oder wässrigen Lösungen. Diese Eigenschaften sind besonders auffallend in den berichteten Beispielen von Lanthanid-Clustern. Eine große Anzahl organischer Liganden in der Peripherie umhüllen den Clusterkern fest, um die Stabilität des kugelförmigen Clusters in Lösung zu gewährleisten.
Derzeit werden klinisch hauptsächlich einkernige Gadoliniumchelate als MRT-Kontrastmittel verwendet, die aufgrund ihres geringen Gd-Gehalts einen unbefriedigenden Bildgebungskontrast zeigen. Gemäß der SBM-Theorie kann eine Erhöhung des Gd-Gehalts im Molekül die Relaxationsrate von CAs effektiv erhöhen.
Der Nanocluster Gd32 mit stark aggregiertem Gd im Molekül hat a T1 Relaxationsrate so hoch wie 265,87 mM – 1·s – 1 bei einer Magnetfeldstärke von 1 T, was viel höher ist als die von derzeit klinisch verwendetem CA Gd-DTPA (4,55 mM – 1·s – 1, 1 T). . Diese überraschende Entdeckung veranlasste das Forschungsteam, die Toxizität von Gd32 in vitro und in vivo weiter zu untersuchen, und diese Ergebnisse zeigten, dass Gd32 ein großes Potenzial als neue Art von CAs hat.
Als nächstes führte das Forschungsteam einen eingehenden Vergleich der MRT-Bildgebungseffekte von Gd32 und Gd-DTPA in wässriger Lösung, in Zellen und in Mäusen mit 4T1-Tumormodellen durch. Es besteht kein Zweifel, dass Gd32 Gd-DTPA überlegen ist.
Diese experimentellen Ergebnisse demonstrieren die Durchführbarkeit einer Liganden-geschützten Metallcluster-Kern-Strategie zum Aufbau hochstabiler Lanthanoid-Cluster und bieten einen neuen Weg zur Konstruktion von niedrig dosierten neuartigen MRI-Kontrastmitteln auf Gd-Basis.
Die Forschung wird in der Zeitschrift veröffentlicht National Science Review.
Mehr Informationen:
Hai-Ling Wang et al., Hochstabile sphärische Lanthanid-Nanocluster für die Magnetresonanztomographie, National Science Review (2023). DOI: 10.1093/nsr/nwad036