现代模拟技术可以改进核磁成像 更有效地发现疾病

米国莱斯（Rice）的工程师找到了更有效的模型来分析发现疾病的造影剂。

米国莱斯大学（Rice University）

基于钆的造影剂是磁共振成像(MRI)中确定患者健康状况的金标准，根据莱斯大学工程师的说法，他们正在改进他们最初用于提高石油和天然气采收率的模型。

由乔治 R.布朗工程学院的 Dilip Asthagiri 和 Philip Singer 领导的团队研究了如何通过分子动力学模拟优化核磁共振工具，该工具通常用于石油工业表征地下沉积物 。

研究者指出：我们在那里解决了许多基础科学问题，我们想知道是否还有其他方法可以使用这些模拟。全世界每年大约进行 1 亿次 MRI，其中约 40% 使用基于钆的造影剂，但自 1980 年代以来，他们对这些药物模拟MRI反应的方式没有明显改变。我们认为这将是我们想法的一个很好的试验台。

他们的研究结果发表在英国皇家化学学会期刊 《物理化学化学物理》（Physical Chemistry Chemical Physics）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进基于钆的造影剂的分析，以及它们在临床诊断成像方面的有效性。他们的目标是制造更好、更可定制的造影剂。

图：由米国莱斯大学工程师模拟的插图显示了钆离子(蓝色)在水中(红色和白色)，内层水-受钆影响最大的水-突出显示。研究人员的水中钆模型表明，在临床磁共振成像中用作造影剂的化合物还有改进的空间。

图：根据莱斯大学工程师的模拟图显示，钆离子(深蓝色)被一种称为DOTA的螯合物包围在水中。在磁共振成像扫描后，需要螯合物来减少钆在体内的滞留。绿色的原子是碳原子，浅蓝色的原子是氮原子。

医生使用 MRI 设备通过在始终存在的水分子的氢核中诱导磁矩沿磁场排列来“观察”身体内部软组织的状态，包括大脑。当对齐的原子核在激发后“松弛”回到热平衡时，该设备会检测到亮点，它们松弛得越快，对比度就越亮。

这就是顺磁性钆造影剂的用武之地。钆离子通过减少氢核的 T1 弛豫时间来提高灵敏度并使信号更亮。研究者的最终目标是帮助优化和设计这些制剂。

通常，钆被“螯合”——被金属离子包围——以降低其毒性。身体不会自行去除钆，需要螯合，这样肾脏才能在扫描后清除它。但螯合也会减慢分子旋转，这会在 MRI 图像中产生更好的对比度。

研究人员指出，“螯合物”来自希腊语中的爪子。在这种情况下，这些爪子会抓住钆以使其稳定。研究人员希望他们的模型能帮助他们设计出更强的抓力，这将使它们更安全，同时最大限度地提高对比度。

研究者承认钆螯合物在 1980 年代后期推出时彻底改变了 MRI 检测，但最近一直存在争议，因为发现肾功能不全的患者无法消除所有毒素。研究者们后来发现，如果有良好的肾功能，好处就会超过潜在的风险。

该团队还在调整其模型，使其超越与水的相互作用。在生物系统中，细胞具有其他成分，如渗透剂和变性剂，如尿素，因此研究者们正在对具有这些不同环境的钆进行建模，以实现各种应用。

林擒、Retta、Lyu.