Des scientifiques de l'Université d'État de l'Oregon ont déposé un brevet sur la conception d'un nouvel agent de contraste pour l'imagerie par résonance magnétique, susceptible de surpasser les agents actuels tout en étant moins toxique pour les patients et plus respectueux de l'environnement.
Le nouveau matériau est basé sur une structure connue sous le nom de structure métallo-organique ou MOF, dont le développement dans les années 1990 a valu cette année le prix Nobel de chimie alors que les nombreuses utilisations possibles des MOF deviennent de plus en plus évidentes.
Les MOF sont constitués d’ions métalliques chargés positivement entourés de molécules organiques « de liaison ». Ils ont des pores de taille nanométrique et peuvent être conçus avec une variété de composants qui déterminent les propriétés du MOF.
Les chercheurs dirigés par Kyriakos Stylianou de l'OSU College of Science affirment que leur nouveau MOF à base de manganèse, qu'ils ont nommé BVR-19, est une alternative prometteuse aux agents de contraste actuellement utilisés à base de gadolinium. BVR est l'abréviation de castor, la mascotte de l'OSU.
Un agent de contraste, également appelé produit de contraste, est une substance qui améliore la visibilité des tissus lors de l'imagerie médicale. À l'échelle mondiale, l'industrie des agents de contraste pour IRM a une valeur estimée à plus de 1,5 milliard de dollars et devrait croître de 750 millions de dollars au cours des cinq prochaines années dans un contexte de demande croissante de procédures de diagnostic non invasives.
Le gadolinium est un élément de terre rare qui suscite des inquiétudes concernant la toxicité pour les patients, les dommages potentiels à l'environnement et les problèmes de chaîne d'approvisionnement, étant donné que la Chine détient une grande partie des réserves de terres rares et une grande partie de la capacité de traitement et de production.
Le manganèse est cependant abondant dans la croûte terrestre. En plus d'être utilisé dans la fabrication de batteries, d'acier et de céramique, le manganèse est vital pour la santé humaine à l'état de traces, jouant un rôle dans l'antioxydation, la formation osseuse et le métabolisme des cholestérols, des glucides et des acides aminés.
« BVR-19 représente un changement de paradigme dans la conception d'agents de contraste IRM », a déclaré Stylianou, qui dirige le laboratoire de découverte de matériaux de l'OSU, ou MaD Lab.
Nous remplaçons les métaux toxiques par des métaux abondants et biocompatibles, sans compromettre les performances. »
Kyriakos Stylianou, Collège des sciences, Université d'État de l'Oregon
Le gadolinium est utilisé dans les agents de contraste depuis près de 40 ans, a-t-il déclaré. Le corps ne métabolise pas les agents de contraste, ils sont donc rejetés pratiquement sous forme inchangée dans les systèmes d'épuration et résistent à la dégradation dans les stations d'épuration. Leurs effets écotoxicologiques à long terme ne sont pas bien compris.
Il existe également un risque, a déclaré Stylianou, lié à la rétention de gadolinium dans le corps. La plupart des agents sont conçus pour être excrétés dans les 24 heures suivant leur administration, mais même chez les patients ayant une fonction rénale normale, le gadolinium peut rester dans les tissus pendant des mois, voire des années. La rétention n'a pas été liée de manière concluante à la maladie, mais la Food and Drug Administration a émis des avertissements et exige l'éducation des patients en raison de l'incertitude quant aux conséquences à long terme.
Le BVR-19 est le premier MOF à base de manganèse à incorporer de la L-cystine, un acide aminé biocompatible naturel, a déclaré Stylianou. Sa synthèse s'effectue dans l'eau à température ambiante, aucun solvant toxique ou autre condition difficile n'est requis, et les tests montrent qu'elle permet d'obtenir des images plus lumineuses et plus claires à des doses inférieures à celles requises par les agents actuellement disponibles dans le commerce.
« Ce travail souligne le leadership d'OSU dans la conception de MOF fonctionnels pour des applications médicales et environnementales et démontre comment la chimie verte et la conception de matériaux peuvent converger pour créer des technologies plus sûres », a-t-il déclaré. « Il relie la chimie, la toxicologie et la médecine, montrant comment la collaboration entre disciplines peut transformer des découvertes fondamentales en technologies qui améliorent directement la santé humaine. »
L'étudiant au doctorat Jacob Lessard et le premier cycle Dylan Pyle ont été les premiers auteurs de l'étude, publiée dans le Journal de chimie des matériaux B. Les autres membres contributeurs du MaD Lab étaient le boursier postdoctoral Andrzej Gladysiak, le doctorant Emmanuel Musa et le premier cycle Jeff Bowen.
La collaboration comprenait également Robyn Tanguay, Lisa Truong et Siva Kolluri du Collège des sciences agricoles de l'OSU et Cory Wyatt de l'Université de la santé et des sciences de l'Oregon.
