Nanomaterials for multimodal molecular imaging

Abstract

The development of hybrid probes for multimodal molecular imaging is changing the diagnosis and characterisation of complex pathologies. The fusion of the outstanding sensitivity of positron emission tomography (PET) and the excellent anatomical resolution of magnetic resonance imaging (MRI), provides an ideal combination of structural and anatomical information, which is key to expand the application of molecular imaging for the diagnosis of complex and multifactorial diseases. Iron oxide nanoparticles (IONPs) have been traditionally used as negative (T2) contrast agents, darkening tissues or areas in which they accumulate. However, in recent years there has been a great amount of research focusing on the production of IONPs for positive (T1) contrast MRI. One of the most appealing properties that nanoparticles usually offer is the possibility of tailoring their synthesis and functionalisation to obtain probes that generate or enhance the signal in more than one imaging modality, via incorporation of moieties in the core or the surface of the nanoparticle. In this thesis, we developed a novel microwave-assisted method for the synthesis of IONPs coredoped with the positron emitter 68Ga and with relaxometric properties suitable for hybrid T1 MRI/PET imaging. Full characterisation revealed optimal radiochemical properties for PET imaging and excellent relaxometric properties for T1 MR imaging, demonstrating that the combined use of nanotechnology and radiochemistry can render an innovative tool for the dual imaging of biological processes in vivo...El desarrollo de sondas de imagen duales para imagen molecular es una posibilidad fascinante para el diagnóstico de enfermedades complejas. La fusión de la alta sensibilidad que ofrece la imagen de tomografía por emisión de positrones (PET por sus siglas en inglés) con la detallada información anatómica que ofrece la imagen por resonancia magnética (MRI por sus siglas en inglés) combina la obtención de imágenes con detallada información funcional y estructural, clave para extender el uso dela imagen molecular para el diagnóstico de enfermedades complejas y multifactoriales. Las nanopartículas de óxido de hierro (IONPs por sus siglas en inglés) se han usado tradicionalmente para imagen por resonancia T2, oscureciendo las áreas y órganos en los que se acumulan. Sin embargo, en los últimos años ha habido bastante investigación en la producción de IONPs para contraste positivo en imagen por resonancia magnética. Una de las propiedades más atractivas de las nanopartículas es la posibilidad de hacer una síntesis y funcionalización “a la carta” para obtener sondas que generan o ensalzan la señal en más de una modalidad de imagen, ya sea incorporando, por ejemplo, algún metal en su núcleo o biomolécula en su superficie. También hemos estudiado el efecto que tiene un metal dopante en el núcleo de las IONPs en sus propiedades relaxométricas y capacidades de contraste. En este caso usamos cobre y sintetizamos muestras con diferentes cantidades de dopaje. Obtuvimos tres muestras con capacidades de contraste y propiedades relaxométricas distintas. Llevamos a cabo experimentos in vivo de angiografía por resonancia magnética en ratón con las tres muestras que revelaron que nuestras nanopartículas son un candidato excelente para T1 MRI, mostrando unas propiedades relaxométricas y capacidad de contraste mejoradas con respecto a las IONPs sin dopar. Esta muestra dopada con cobre se dirigió a tumores mediante la conjugación de un péptido que se une a integrinas, obteniendo un excelente contraste parala detección de tumores en ratones por T1 MRI...