NIR-Fluorophore als Kontrastmittel für Knorpelgewebe

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Der Einsatz neuartiger NIR-Fluorophore als Kontrastmittel bei Magnetresonanz und Computertomographie ermöglicht die spezifische Abbildung von Knorpelgewebe.

Knorpelgewebe im Körper wird mit Magnetresonanztechniken und Computertomographie sichtbar gemacht. Die Qualität ist jedoch häufig unbefriedigend. Amerikanische und südkoreanische Wissenschaftler entwickelten daher zur Verbesserung der Darstellungen sogenannte NIR-Fluorophore als Kontrastmittel, um Knorpelgewebe mit ausgezeichetem Signal-Rausch-Verhältnis abzubilden.

 

Molekülerkennung und Fluoreszenzbildgebung durch die NIR-Fluorophore

Diese neue Entwicklung erklären Hak Soo Choi von der Harvard Medical School in Boston und Hoon Hyun von der Chonnam National University in Südkorea so: „Der Hauptvorteil von NIR-Fluorophoren für die Bildgebung von Knorpelgewebe liegt in der Möglichkeit, ’strukturinhärentes Targeting‘ (d.h. Molekülerkennung und Fluoreszenzbildgebung) 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“.

Nach Durchmusterung einer Bibliothek von NIR-Fluorophoren identifizierten Choi und Mitarbeiter in einer Zusammenarbeit mit Maged Henary von der Georgia State University in Atlanta 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 (Hyun et al., Angew. Chem. 2014) bietet die Möglichkeit, Knorpel- und Knochengewebe simultan abzubilden und Veränderungen in Echtzeit darzustellen.

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.

Informationen und Quellen:

http://www.dfhcc.harvard.edu/membership/profile/member/2132/0/

http://dx.doi.org/10.1002/ange.201502287

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Axel Rhindt

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