Functional nanodiagnostics for 31P-magnetic resonance imaging

Abstract

Magnetic resonance imaging (MRI) has been an important tool in clinical practice for many years. The main advantages, comparing to other visualization methods, lie in its non-ionizing nature and broad diagnostic possibilities. While contrast agents (CAs) and other MR-active probes enhance the sensitivity and specificity of MR signal detection, concerns regarding biocompatibility, especially with metal-based CAs, arise from their potential long-term accumulation and adverse effects on tissues. To address these concerns, this thesis explores novel non-metal MR probes, focusing on phosphorus-based MR (31 P-MR). These probes are designed to offer enhanced sensitivity, excellent biocompatibility, and functionality demonstrated in both in vitro and in vivo studies. Importantly, the pioneering probes developed in this work represent the first phosphorus-based MR probes ever introduced. Initially, a bio-responsive, phosphorus-containing probe doped with iron was evaluated for dual hydrogen and phosphorus MR (1 H/31 P-MR) in experiments using the iron-binding deferoxamine. Subsequent experiments compared the MR properties of various probes, including highly hydrophilic phosphopolymers and phosphorus/iron-containing probes. Among these, the polymer exhibiting the highest sensitivity was selected for in vivo...

Zobrazování magnetickou rezonancí (MRI) je dlouhodobě používaným nástrojem klinické praxe. Hlavní výhody ve srovnání s jinými zobrazovacími metodami spočívají v její neionizující povaze a v diagnostických možnostech. Zatímco kontrastní látky (KL) a další MR- aktivní látky zvyšují citlivost a specificitu detekce MR signálu, obavy týkající se biokompatibility, zejména u KL na bázi kovů, jsou spojeny s potenciální dlouhodobou akumulací a nežádoucími účinky na tkáně. V reakci na tyto obavy zkoumá tato práce nové formy nekovových látek určených zejména pro MR na bázi fosforu (31 P-MR). Této látky jsou vytvářena pro zvýšeni citlivosti, biokompatibility a funkčnosti měřeni in vitro a in vivo. Prezentované průkopnické látky vyvinuté pro tuto práci představují vůbec první fosforové MR látky. V první části práce byla zkoumána bioresponzivní látka obsahující fosfor dopovaný železem pro duální vodíkovou a fosforovou MR (1 H/31 P-MR) v experimentech využívajících vázaní železa pomoci deferoxaminu. Následné experimenty porovnávaly MR vlastnosti několika látek sestávajících se z vysoce hydrofilních fosfopolymerů obsahujících fosfor a železo. Polymer vykazující nejvyšší citlivost byl poté použit pro in vivo měření, přičemž byl využit jeho chemický posun ve 31 P-MR spektrech. Chemický posun signálu látek byl...