Polyfosfo-esters, moleculen waarin fosfor het centrale element is, zijn dankzij nieuwe inzichten van onderzoekers van de Universiteit Twente gemakkelijk te traceren zonder dat er contraststoffen nodig zijn.

Normaliter vertonen deze moleculen een vergelijkbare moleculaire samenstelling als ons DNA, wat leidt tot aanzienlijke 'ruis' in het beeld. Onderzoekers van de Universiteit Twente vonden hiervoor een oplossing en ontwikkelden unieke polymeren die je traceert met behulp van MRI (magnetic resonance imaging). Dr. Olga Koshkina, projectleider in de groep Sustainable Polymer Chemistry, publiceerde over dit nieuwe concept van traceerbare polymeren in Nature Communications.

De onderzoekers pasten de eigenschappen van polyfosfo-esters (speciale polymeren met een moleculaire structuur die is geïnspireerd op DNA en RNA) aan. Hierdoor kregen de polymeren een andere 'MRI-kleur', zodat ze beter te onderscheiden waren van de natuurlijke achtergrond. Daarnaast vertonen de polymeren andere fysieke MRI-kenmerken die ze geschikt maken voor beeldvorming. Voor bepaalde biomedische toepassingen moeten polymeren in het lichaam worden getraceerd. Dit is een taak die meestal via een MRI-scan wordt uitgevoerd. Om lichaamsdelen effectief af te beelden met behulp van MRI zijn echter vaak giftige contraststoffen nodig.

MRI en MRI-contraststoffen

MRI is een stralingsvrije beeldvormingstechniek die tegenwoordig routinematig in klinieken wordt gebruikt. Bij medische onderzoeken zijn voor MRI-scans meestal contractstoffen nodig. De huidige klinische contraststoffen wijzigen vaak het contrast van lichaamsvocht en weefsels door paramagnetische zware metalen zoals gadolinium te gebruiken om het signaal van lichaamsvocht te wijzigen. Hoewel het gebruik van zware metalen voor beeldvormingsdoeleinden goed werkt, is het gebruik ervan zorgwekkend vanwege de ophoping ervan in het lichaam en het milieu. Bij heteronucleaire MRI ('hotspot') zijn geen metalen nodig en worden direct andere MRI-actieve elementen gedetecteerd. Deze elementen dienen als MRI-kleurstoffen en zorgen voor een nieuwe kleur op een anatomisch beeld.

Polymeren in biomedische toepassingen

Polymere materialen zijn uitermate bruikbaar voor medische toepassingen, waaronder de ontwikkeling van nieuwe therapieën. Om effectieve gepersonaliseerde behandelingen te kunnen ontwikkelen, is het echter cruciaal om polymeren in vivo te kunnen traceren. Tot nu toe was dit alleen mogelijk met extra labeling, zoals het bevestigen van radioactieve tracers voor nucleaire beeldvorming of fluorhoudende moleculen (ook wel 'PFAS' genoemd) voor 'hotspot' MRI. De Universiteit Twente introduceert een nieuw concept, dat polymeren traceert zonder label. Dit is mogelijk door rechtstreeks gebruik te maken van het fosforsignaal in de moleculaire structuur van het polymeer.

Nieuwe mogelijkheden

Dit onderzoek biedt nieuwe mogelijkheden voor traceerbare en duurzame polymeren met MRI. Deze polymeren kunnen worden gebruikt als nieuwe stoffen voor MRI-scans, als dragers voor het toedienen van medicijnen of als biomaterialen voor weefselregeneratie. De onderzoekers van de Universiteit Twente zijn van plan om verder fundamenteel onderzoek te doen op dit gebied en hebben nieuwe mogelijkheden gecreëerd voor biologisch afbreekbare, traceerbare polymeren. Daarnaast richten ze momenteel een spin-offbedrijf op om ervoor te zorgen dat dit baanbrekende onderzoek op de lange termijn op echte patiënten kan worden toegepast.

Meer informatie

Bij dit onderzoek zijn de volgende onderzoekers van de Universiteit Twente en het TechMed Centrum betrokken: Dr. Olga Koshkina, projectleider van de groep Sustainable Polymer Chemistry, afdeling Molecules and Materials, faculteit der Technische Natuurwetenschappen. Onderzoeker dr. Timo Rheinberger en prof. dr. Frederik Wurm.