Versenyképessé tehető az MRI

A biológiai folyamatok sejtszintű, molekulaszintű nyomonkövetésére a magmágneses rezonanciás képalkotás (MRI) nem alkalmas. Versenyképessé tehető azonban, ha hiperpolarizált xenon-129 izotóppal kombinálják; erre adott megoldást a Science hasábjain L. Schröder kutatócsoportja.

 A kutatók a testben 10–6–10–12 mól/liter koncentrációban előforduló anyagokat szeretnének kimutatni, az MRI-vel elérhető kimutatási határ azonban csak 10–3–10–5 mól/liter. A PET és a SPECT lényegesen jobb kis mennyiségek kimutatására, a 10–9–10–12 mól/liter tartományban is használható. Ezek a módszerek azonban ionizáló sugárzással dolgoznak, térbeli és időbeli felbontásuk pedig rosszabb az MRI-nél. Kívánatos lenne tehát az MRI továbbfejlesztése.
 Az MRI vizsgálatok döntő többségénél a hidrogén atommagok játsszák a főszerepet, de egy sor más atommaggal is lehet képet alkotni. Azok az atommagok alkalmasak erre, amelyek nettó magspinnel bírnak, ilyen a hélium-3, a szén-13, az oxigén-17, a nátrium- 23, a foszfor-31 és a xenon-129. Az MRI érzékenységének növelésére a szerzők hiperpolarizált xenon- 129 gázt használtak. Hiperpolarizált, mert az atomok polarizációja öt nagyságrenddel nagyobb az MRI-vel elérhető polarizációnál.
  A xenon gázt belélegeztetik vagy egy hordozó folyadékkal a véráramba fecskendezik, így bármilyen testrész szövetei vizsgálhatók. A detektálandó jel erőssége lényegesen megnő a hiperpolarizáltságnak köszönhetően, de az érzékenység fokozásához további újításra, bioszenzorok bevetésére is szükség volt. A xenon bioszenzor egy kalitkából, egy összekötő részből és egy olyan tagból áll, amellyel majd a célba vett molekulához kapcsolódik. Ezt a szerepet rendszerint antitest vagy ligand (enzimhez vagy makromolekulához kapcsolódó, annak működését befolyásoló molekula) tölti be. A kiválasztott specifikus molekuláris kötőelemnek megfelelően a bioszenzor például tumorhoz vagy plakkhoz kötődik. Jelenlétét meglepő módon nem a hiperpolarizált xenon jelével, hanem éppen annak a hiányával mutatják ki. A xenonatomok ki-be mozognak, a kalitkában csak igen rövid, milliszekundumban kifejezhető időt töltenek. Benntartózkodásuk alatt megváltozik a rezonanciafrekvenciájuk, ily módon azonosíthatók. Ha folyamatosan a kalitkában tartózkodó atomra jellemző frekvenciát sugározzák a vizsgálandó területre, akkor már néhány másodperc alatt xenonatomok ezreinek a jelét lehet eltörölni. A kalitkában tartózkodó xenonatomok tehát ott vannak, ahol a felvétel sötét marad, ott kapcsolódott a kalitkához kötött antitest vagy ligand a keresett molekulához.
 Atherosclerosis gyanúja esetén a vizsgálat előtt néhány órával kis mennyiségű bioszenzort juttatnak a páciens szervezetébe, amely a kórképre jellemző markerhez kapcsolódik. Az MRI gépben elhelyezkedett páciens belélegez egy adag hiperpolarizált xenon-129 gázt, amely eloszlik a szervezetében. Eközben besugározzák a kalitkába zárt xenon rezonanciafrekvenciáján, és az MRI-felvételen a plakkok sötét foltként jelentkeznek. Ugyanennek a vizsgálatnak a során hagyományos MRIvel jó minőségű felvételt készítenek a véráramlásról, a szív anatómiai jellemzőiről.
  A módszer ígéretes lehetőséget kínál nanomól érzékenységű képalkotásra: a patkányokkal végzett kísérletek sikeresek voltak. Nagy érzékenységet egyelőre csak a tüdő vizsgálatánál értek el, a vérben és a szövetekben legalább 10-es faktorral csökken a xenonkoncentráció. A humán vizsgálatokhoz meg kell oldani a polarizált xenon nagybani előállítását is. Már létezik olyan készülék, amely tíz perc alatt 10 litert állít elő. Sokféle bioszenzor alkalmazása jöhet számításba, ezek fejlesztése, ellenőrzése azonban még a jövő feladata.