Synthese en ontwikkeling van nieuwe contraststoffen voor 3D multi-weefsel beeldvorming met behulp van contrastverbeterde computer tomografie

De visualisatie van de samenstelling en de ruimtelijke organisatie van weefsels is van groot belang om de werking ervan en de impact van een ziekte beter te begrijpen. Microfocus X-stralen computertomografie (microCT) is een waardevolle techniek voor 3D beeldvorming als aanvulling op klassieke 2D histologische beeldvormingstechnieken. De integratie van contrastverhogende kleurstoffen (CESAs) heeft de toepasbaarheid van microCT voor beeldvorming van zachte weefsels in de laatste twee decennia verder uitgebreid. Deze techniek is beter gekend als contrastverhogende computertomografie (CECT). Dit proefschrift streeft ernaar een bijdrage te leveren door, enerzijds, bestaande verbindingen te onderzoeken als potentiële CESAs, en anderzijds, door nieuwe CESAs te ontwikkelen. Het doel is om CESAs te ontwikkelen die effectief onderscheid kunnen maken tussen verschillende weefselonderdelen zonder duidelijke weefselvervorming te veroorzaken.

Eerst werden polyoxometalaten onderzocht voor de beeldvorming van het beenmerg en de nieren van muizen. Monolacunair Wells-Dawson polyoxometalaat in combinatie met LiCl vertoonde een goede weefselpenetratie en resulteerde in een verhoogd contrast zonder aanzienlijke weefselkrimping. Ten tweede werden nieuwe kationische jood-gebaseerde CESAs ontworpen met een verschillende ladingsdichtheid en joodgehalte om de detectie van glycosaminoglycanen (GAGs) te bevorderen. Tegelijkertijd werden bestaande synthetische procedures geoptimaliseerd in functie van efficiëntie en duurzaamheid. Experimenten waarbij osteochondrale pluggen verrijkt werden met CESA over tijd toonden aan dat contrastverhoging positief gecorreleerd was met de tijd, de CESA concentratie, het joodgehalte en de positieve ladingsdichtheid van de CESA. De ruimtelijke verdeling van de CESA bij diffusie evenwicht was bovendien consistent met de diepte-afhankelijke GAG concentratie in gezond kraakbeen. Ten derde werden nieuwe CESAs ontworpen voor proteïne-specifieke beeldvorming. In een eerste onderdeel werden korte peptidesequenties onderzocht als detecterende eenheden in plaats van vaak gebruikte antilichamen. Door middel van phage display werd een peptidesequentie met affiniteit voor doelproteïnen geïdentificeerd. Desondanks werd opgemerkt dat het geïsoleerde peptide een lagere specificiteit vertoonde voor het proteïne in vergelijking met de corresponderende faag. Het verhogen van de aviditeit van deze peptide-gebaseerde CESA zou kunnen leiden tot een betere binding waardoor het als een waardig alternatief kan fungeren voor antilichaam-gebaseerd labelen. In een tweede onderdeel werden er X-straal verzwakkende merkerstoffen ontwikkeld voor 3D immuno-gebaseerde CECT. Hoewel de gejodeerde merkerstoffen succesvol werden gesynthetiseerd, belemmerde hun slechte wateroplosbaarheid de detectie van proteïnen gelabeld met antilichamen. Verbetering van hun wateroplosbaarheid zou een volgende stap zijn om de doeltreffendheid ervan te verbeteren.

In dit doctoraat werd het gebruik van bestaande en geheel nieuwe verbindingen als CESAs onderzocht voor, enerzijds, de algemene visualisatie van zachte weefsels en, anderzijds, de gerichte beeldvorming van specifieke weefselonderdelen. De behaalde resultaten helpen een weg te banen voor de toepassing van CECT als methode voor X-stralen gebaseerde histologie, als aanvulling op klassieke 2D histologie.