Chất tương phản trong MRI

Chụp cộng hưởng từ (MRI) và chụp cắt lớp vi tính (CT) là những kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh được sử dụng phổ biến nhất hiện nay trong y học do độ phân giải không gian 3 chiều cao, chất lượng ảnh tốt và khả năng thâm nhập sâu của sóng điện từ vào trong cơ thể mà không cần phẫu thuật. Ước tính trên thế giới hằng năm có hơn 90 triệu ca chụp MRI được thực hiện, trong số đó có 45% các nghiên cứu MRI lâm sàng (hơn 40 triệu ca) sử dụng thuốc tương phản để làm tăng chất lượng ảnh. Với kỹ thuật chụp CT, số ca tiến hành thậm chí còn cao hơn rất nhiều. Tuy nhiên, hạn chế chính của các kỹ thuật chẩn đoán này là độ nhạy tương đối thấp, do đó trong nhiều trường hợp đòi hỏi sử dụng các chất tương phản để tăng chất lượng hình ảnh. Nên nhu cầu sử dụng chất tương phản trong chụp MRI và CT là vô cùng lớn.

Những năm gần đây, công nghệ chụp MRI ngày một phát triển và có thể chụp cắt lớp hầu hết tất cả các bộ phận, cơ quan bên trong con người. Đặc biệt, việc chụp MRI trước khi tiến hành phẫu thuật sẽ giúp bác sỹ lựa chọn phương thức điều trị phù hợp và hiệu quả nhất. Việc nghiên cứu các loại vật liệu từ định hướng làm chất tương phản trong các kỹ thuật chụp MRI và chụp CT trong nhiều năm gần đây cho thấy các chất tương phản đang được sử dụng có những nguy hại đối với cơ thể người chụp. Hợp chất tương phản sử dụng các hạt nano sắt từ Fe₃O₄ có từ độ bão hòa Ms lớn cỡ 60-70 emu/g, do đó làm tăng độ tương phản của ảnh MRI. Ngoài ra, hạt nano sắt từ Fe₃O₄ ít độc và có tính tương thích sinh học cao. Tuy vậy, các hình ảnh MRI sử dụng chất tương phản là các hạt nano sắt từ với kích cỡ vài chục nm tạo ra các vùng tối (chất tương phản âm) rất dễ nhầm lẫn với các vùng tối do tín hiệu từ xương hoặc các cục máu đông. Do từ tính mạnh nên các chất tương phản sử dụng hạt nano Fe₃O₄ nhiều khi còn gây nhiễu trên các ảnh chụp được. Vì vậy hiện nay các chất tương phản âm sử dụng hạt nano sắt từ chưa được sử dụng thực tế trong chẩn đoán lâm sàng

Đối với phương pháp chụp CT, hiện nay các chất từ iot đang được sử dụng làm chất tương phản do iot có thể làm tăng khả năng hấp thụ năng lượng tia X sử dụng trong chụp CT. Tuy nhiên, đây cũng là một chất tương phản có thể gây suy thận với những người bị yếu thận,  tiểu đường…

Thời gian gần đây, có một số nghiên cứu chế tạo vật liệu Gd₂O₃ kích thước nano nhằm thay thế các phức Gadolinium làm chất tương phản dương cho kỹ thuật chụp MRI. Gd₂O₃ tồn tại ở 3 dạng đa hình: hình lục giác, đơn tâm và lập phương. Đây là ứng cử viên đầy triển vọng cho việc sử dụng trong nhiều ứng dụng như truyền hình màu, thiết bị phát quang điện, màn hình phát xạ trường, cảm biến sinh học, nhãn sinh học, chất tương phản được sử dụng trong chụp MRI…

Làm chủ công nghệ chế tạo hệ chất lỏng từ ổn định

Với mục tiêu nghiên cứu chế tạo hệ chất lỏng từ siêu bền trên cơ sở vật liệu Gd₂O₃ kích thước cực nhỏ (1,5-10 nm) bọc bởi các polyme tương thích sinh học, ứng dụng làm thuốc tương phản trong chụp MRI, các nhà khoa học Trường Đại học Y Dược Hải Phòng và Viện Kỹ thuật Nhiệt đới đã đề xuất và được Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam phê duyệt thực hiện đề tài: Nghiên cứu tổng hợp và đánh giá độc tính sinh học của thuốc tương phản trên cơ sở vật liệu nano Gd₂O₃ ứng dụng trong kỹ thuật chụp ảnh cộng hưởng từ MRI.

Hệ thiết bị tiến hành tổng hợp hạt nano Gd₂O₃.

Sau 3 năm thực hiện (2020-2022), nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc điều chế vật liệu Gadolinium (Gd) với các phức hợp Gd₂O₃@PMAO (hạt nano Gd₂O₃ bọc poly maleicanhydrit-alt-1-octadecen); Gd₂O₃@PVP (hạt nano Gd₂O₃ bọc poly vinylpyrrolydone); Gd₂O₃@PAA (hạt nano Gd₂O₃ bọc poly acrylic axit)… có kích thước nano bằng phương pháp hóa học đơn giản hơn nhiều so với những phương pháp đã công bố trước đó.

Nhóm nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm thành công những ứng dụng sinh học như thử độ độc tế bào và chụp MRI cũng như CT. Hạt nano Gd₂O₃ được chế tạo theo phương pháp phân hủy nhiệt trong dung môi hữu cơ, nhiệt độ phản ứng 320ºC, thời gian lưu 5 giờ, kết quả tấm nano có kích thước nhỏ tầm 10 nm, độ dày tấm 1-1,1n phân bố đồng đều. Các hạt nano tổng hợp được có từ độ thấp với từ độ bão hòa ~ ±1 emu/g của vật liệu thuận từ. Vì là chất tương phản dương nên ảnh thu được rất sáng, tác dụng chẩn đoán cũng tốt hơn hẳn các chất tương phản âm. Đây cũng là hệ hạt rất tiềm năng cho ứng dụng chụp CT khi cho độ tương phản tốt.

Với những kết quả đã đạt được, đề tài đã khẳng định được tiềm năng to lớn của chất lỏng từ với độ ổn định cao trong dải pH=2-11 và trong môi trường muối [NaCl] lên tới 380 mM (cao hơn nồng độ muối trong cơ thể sống). Thành công này không chỉ giới hạn ở các nghiên cứu cơ bản trong lĩnh vực chẩn đoán hình ảnh MRI và CT, mà còn trở thành tiền đề để hiện thực hóa việc ứng dụng công nghệ nano trong chẩn đoán hình ảnh không xâm lấn xa hơn trên cơ thể sống cao cấp hơn.