Elucidation of proton relaxation mechanisms on nanoparticulate MRI contrast agents

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K05208
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 28030:Nanomaterials-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Kimura Yu 京都大学, 工学研究科, 准教授 (90566027)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 造影剤 / MRI / ナノ粒子 / ガドリニウム / 磁気共鳴 / イメージング

Outline of Final Research Achievements

Gadolinium has high paramagnetic properties and is highly effective in shortening the longitudinal relaxation time (T1) of water protons, thus enhancing the contrast of MRI. Generally used chelated Gd-MRI contrast agents might be toxic when administered at high concentrations, and it is necessary to develop a contrast agent with higher T1 shortening effect to reduce the dose. In this study, nuclear magnetic resonance (NMR) measurements were performed to analyze the interaction between the nanoparticles and water molecules, to clarify the T1 shortening mechanism in a novel nanoparticulate Gd-MRI contrast agent. As a result, we succeeded in directly observing the interaction between water molecules and the contrast agent.

Free Research Field

生体材料学，ドラッグデリバリーシステム

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では，ナノ粒子の粒径の増加に伴い水分子 1H の縦緩和時間短縮効果能が高くなることを示すとともに，表面修飾剤の効果によって，17O NMR 測定において Gd と水分子の相互作用を観測できること，濃度・粒径依存性から，通常のナノ粒子型 Gd - MRI 造影剤と同様の表面積効果を有することを明らかにした．また，バルク水 17O 核横緩和速度の温度依存性から，粒径 25-160 nm において Gd に配位した水とバルク水との交換が比較的速いことが示唆された．本結果は，ナノ粒子型 Gd-MRI 造影剤のさらなる高感度化を実現するための指針となることが期待される．