Kémiai csomagolással teszik orvosi használatra alkalmassá a mérgező fémeket Debrecenben

Az orvosi képalkotó eljárásokhoz nélkülözhetetlenek a kontrasztanyagok. A kontrasztanyagként használt fémionok azonban gyakran mérgezőek. A Debreceni Egyetem kutatói kémiai módszerekkel csomagolják be a fémionokat, így biztonságosan használhatók a vizsgálatokhoz.

Az orvosi diagnosztikában az egyik legelterjedtebb képalkotó eljárás az MRI (Magnetic Resonance Imaging, azaz mágneses magrezonancia képalkotás). Az eljárás lényege, hogy erős mágneses térben a hidrogén atom (H) magja, a proton gerjeszthetővé válik. A mágneses rezonanciajel segítségével háromdimenziós képet kaphatnak a test H-tartalmáról, és végső soron a szövetek szerkezetéről. Mivel azonban az emberi test nagyjából 70 százaléka víz, ez hatalmas "árnyékot" ad, ezért a kép kontrasztanyagok alkalmazása nélkül sokszor elmosódott, értékelhetetlen lenne. A kontrasztanyagok tisztábbá, élesebbé, kontrasztosabbá teszik a képet azzal, hogy kiszűrik a képalkotáshoz felesleges protonok jelének zavaró hatását.

A Debreceni Egyetem Szervetlen és Analitikai Kémiai tanszékén az 1960-as évek óta folynak kutatások a ritkaföldfémek komplexeivel. Ezért, amikor az 1980-as években kiderült, hogy az MRI-vizsgálatokhoz az egyik legalkalmasabb kontrasztanyag egy ritkaföldfém, a gadolínium(III)-ion, akkor szinte kézenfekvő volt, hogy az érdekelt gyógyszergyárak megkeressék az egyetem kutatóit, Magyarországon Brücher Ernőt, majd később Tóth Imrét, hogy dolgozzák ki a gadolínium biztonságos használatát. Az egyszerű szervetlen gadolíniumvegyületeknek ugyanis van egy nagy hátrányuk: rendkívül mérgezőek, ezért különleges "csomagolás" nélkül nem használhatók élő szervezetekben.

Brücher Ernő és Tóth Imre

Mint Tóth Imre elmondta, a fémionok mérgezőségét úgy lehet jelentősen csökkenteni, ha szerves anyagokkal komplex vegyületekbe csomagolják ezeket. Ezekben az úgynevezett kelátokban a kémiai kötések rákollószerűen stabilisan rögzítik a fémionokat, ráadásul hosszú ideig - optimális esetben addig, amíg például a vesén át ki nem ürülnek a szervezetből - nem is engedik kiszabadulni azokat a komplexekből.

Az alkalmasan kialakított komplexeknél fontos, hogy érvényesüljön a gadolínium ion paramágneses voltából származó úgynevezett relaxációs hatás, különben a vegyület nem alkalmas kontrasztanyagnak. A relaxációs hatás akkor marad meg, ha a komplexben van olyan vízmolekula, amely képes gyorsan (másodpercenként 10⁵-10⁶-szor) kicserélődni a környezet vízmolekuláival.

Paramágneses anyagok

Paramágneses az anyag, ha vannak benne olyan atomok, ionok vagy molekulák, amelyek párosítatlan elektronokkal rendelkeznek. Ezek a részecskék kis mágneses dipólusokat alkotnak, amelyek külső mágneses erőtér hatására rendeződnek a tér irányába, de a kis diplólusok közt nincs olyan erős hatás, amely a termikus mozgást legyőzve "állandósítaná" ezt a beállást. Így a külső mágneses erőtér megszűnése után a paramágneses anyag kis mágneses dipóljai hamar elvesztik rendezettségüket. Paramágneses anyag például az alumínium, a nátrium, a magnézium fémes formája, a réz(II)-szulfát, a Gd(III)-vegyületek, egyes vas-oxidok stb.

Tóth Imre elmondta, hogy munkájuk csak a gyógyszergyárakkal és az orvosokkal való szoros együttműködésben lehet sikeres. A toxicitás (mérgezőség) megállapítását, az állatkísérleteket általában a gyógyszergyárak végzik. A gyakorló orvosoktól kapnak visszajelzést arról, mennyire válnak be a gyakorlatban az általuk létrehozott komplexek.

Tóth Imre egy szupravezető mágnessel

A jelenleg általánosan használt gadolínium kontrasztanyagok nagyon jók ugyan, de még messze nem tökéletesek. A közelmúltban nagy aggodalmat keltett a nefrogén szisztémás nefrózis (NSF) nevű betegség megjelenése. Ezt végstádiumú veseelégtelenségben szenvedő betegeknél összefüggésbe hozták bizonyos kontrasztanyagok használatával. Ezzel is magyarázható, hogy az utóbbi időben jelentősen megnőtt az érdeklődés a kisebb toxicitású, jóval biztonságosabbnak tűnő mangán(II)-komplexek iránt. Tóth Imre és kutatócsoportja is foglalkozik ilyen vegyületek létrehozásával.

Az orvosi képalkotó módszerek rohamos fejlődése során az utóbbi években egyre gyakrabban kerül szóba a képalkotó eljárások kombinálása. Ennek eredményeként megnőtt a kereslet az úgynevezett bimodális kontrasztanyagok iránt. Az ilyen kontrasztanyagok lehetővé tehetik két diagnosztikai módszer vagy diagnosztikai és terápiás módszerek fúzióját (ez az úgynevezett teranosztika). Ily módon lehetőség nyílhat a kóros sejtek vagy folyamatok korai és pontosabb feltérképezésére, esetleg azonnali kezelésére, ha például radioaktív sugárzó izotópot is eljuttatnak célzottan a rendellenes sejtekhez. A debreceni kutatócsoport ilyen irányú kutatásokat is végez.