Innovative Platforms for MRI : based Applications

Abstract

Um dos principais objectivos da Imagem Molecular é o desenvolvimento de protocolos para a visualização de eventos moleculares e/ou celulares que ocorrem em organismos vivos. A Imagem Molecular lida com a visualização in vivo de processos biológicos que ocorrem a nível sub-celular e/ou molecular, facultando informações importantes, especialmente sobre o estado patológico, permitindo, também, o acompanhamento personalizado da evolução de um determinado tratamento terapêutico (medicina molecular). Protocolos de Imagem Molecular envolvem o uso de agentes de contraste que podem ser utilizados singularmente ou de forma combinada, em técnicas como Imagem Óptica, Ultrasons, Imagem Fotoacústica, imagem por Ressonância Magnética, espectroscopia por Ressonância Magnética, Tomografia por Emissão de Positrões e Tomografia Computadorizada por Emissão de um Único Fotão. Sendo a ressonância magnética a modalidade de imagem de eleição, é necessário projectar sistemas altamente sensíveis, de modo a superar a sensibilidade relativamente baixa da técnica. Muitos esforços têm sido feitos nas últimas décadas, com o principal objectivo de superar a pobre sensibilidade intrínseca da Ressonância Magnética, através do design de agentes de contraste. A estratégia mais eficaz para atingir essa tarefa é através do recurso a nano ou micro-vesículas, capazes de entregar um alto número de agentes de contraste para Ressonância Magnética directamente no alvo biológico. Do mesmo modo, tais sistemas podem ter um tropismo específico para alguns órgãos ou regiões patológicos que os tornam excelentes candidatos para protocolos de imagem molecular. Deste modo, projectámos várias abordagens de modo a construir agentes altamente sensíveis, baseados no uso do ião metálico Gadolínio (III), com a expectativa de que as partículas preparadas auxiliem no estudo de processos biológicos, bem como no diagnóstico e tratamento de doenças. Um protocolo adequado para a entrega de um grande número de unidades de agentes de contraste no alvo biológico de interesse, consiste no uso de nano-sistemas. A natureza tem servido como fonte de inspiração na procura deste tipo de carriers, sendo um exemplo de grande importância os lipossomas, um dos nano-carriers mais utilizados na entrega de fármacos. Para além de lipossomas, outro tipo de sondas inspiradas pela natureza têm sido investigadas, incluindo proteínas, vírus, lipoproteínas ou ainda células inteiras, principalmente em modalidades de diagnóstico. O trabalho realizado no contexto desta tese demonstrou o grande potencial da Ressonância Magnética como ferramenta de imagem, através do uso de plataformas inovadoras baseadas em elementos existentes na natureza.

The main goal of Molecular Imaging is the development of technologies and assays for the visualization of molecular and/or cellular events occurring in living organisms. As molecular imaging deals with the in vivo visualization of biological processes occurring at sub-cellular and/or molecular level, thus allowing the attainment of extremely important information, especially about the onset of pathologic states and the monitoring, on a personalized base, of the outcome of a given therapeutic treatment (molecular medicine). Molecular Imaging protocols involve the use of imaging tracers to be used in single or combined imaging modalities like optical imaging, ultrasounds, photoacoustic imaging, magnetic resonance imaging, magnetic resonance spectroscopy, positron emission tomography and single photon emission computed tomography. As Magnetic Resonance is the imaging modality of choice it is necessary to design highly sensitive systems in order to overcome the relatively low sensitivity of such imaging modality. Many efforts has been done in the past decade with the aim of overcoming the intrinsic poor sensitivity of MRI through the design of contrast agents that make feasible the detection of the processes of interest in the Molecular Imaging field. The most effective strategy for achieving this task was to recur to nano/micro-carriers able to deliver a high number of MRI tracers at the biological target. In addition, such systems may have a specific tropism for some organs or pathological body districts that make them excellent candidates for Molecular imaging protocols. On this basis, we have envisaged several approaches to design highly sensitive agents based on the use of the Gadolinium (III) metal ion with the expectation that the given particles should help to lead to better methods for studying biological processes as well as diagnosing and managing diseases. A protocol suitable for the delivery a large number of imaging units to a given biological target is through the use of nanosystems. Nature has strongly inspired the search for carriers. For instance, liposomes, one the most used nanocarriers for drug delivery purposes. In addition to liposomes, many other nature-like carriers have been investigated so far including proteins, virus capsids, lipoproteins and even whole cells have been used, primarily for cell-tracking purposes. The work performed in the context of this Ph.D. thesis has demonstrated the great potential of MRI as imaging tool, through the use of innovative naturally-occurring platforms.