Development of an effective tumor-targeted contrast agent for magnetic resonance imaging based on Mn/H-ferritin nanocomplexes

Magnetic resonance imaging is one of the most sophisticated diagnostic tools in clinic. Contrast agents (CAs) may be exploited to afford much clearer images of detectable organs and to reduce the risk of misdiagnosis, due to the limited sensitivity of the technique. Actually, only a few gadolinium-based CAs are approved for clinical use. Nevertheless, concerns over their toxicity remain and their administration is approved only under strict control. In the present study it is reported the synthesis and validation of a novel manganese-based CA, Mn@HFn-RT. Manganese is an endogenous paramagnetic metal able to produce a positive contrast like gadolinium, however it is estimated to cause lower toxicity for human body. MN ions have been efficiently loaded inside the shell of a recombinant human protein called H-ferritin that is recognized by cells overexpressing TfR1, including the majority of cancer cell. Mn@HFn-RT was characterized, showing excellent colloidal stability, superior relaxivity and good safety profile. From in vitro experiments it was possible to confirm the ability of Mn@HFn-RT to efficiently target cancer cells and thus favor the detection of the tumor region in a breast cancer in vivo model with very low metal dosages and showing rapid clearance. Mn@HFn-RT looks a promising CA candidate to be developed for MRI.

La risonanza magnetica per immagini è una delle tecniche diagnostiche più sofisticate attualmente utilizzate in clinica. I mezzi di contrasto di contrasto (MC) possono essere somministrati per ottenere una migliore risoluzione delle immagini dei tessuti detectabili, nonché per ridurre il rischio di diagnosi errate causate dalla limitata sensitività di questa tecnica. Attualmente, soltanto alcuni MC a base di gadolinio sono approvati per un utilizzo in ambito clinico. Tuttavia, a causa di alcune problematiche legate alla loro tossicità, la loro somministrazione è consentita soltanto in particolari pazienti e con il minimo dosaggio. In questa tesi è riportata la sintesi e la validazione di un nuovo tipo di MC a base di manganese: Mn@HFn-RT. Il manganese è un metallo endogeno paramagnetico in grado di produrre un contrasto positivo simile al gadolinio e con una inferiore tossicità per l’uomo. Ioni di manganese sono stati caricati efficacemente all’interno del guscio di una proteina ricombinante chiamata H-ferritina, che si è dimostrato essere riconosciuta dalle cellule che overesprimono il recettore TfR1, come accade nella maggior parte delle cellule tumorali. Mn@HFn-RT è stato caratterizzato, dimostrando un’eccellente stabilità colloidale, un’ottima relassività ed un buon profilo di sicurezza. Da esperimenti condotti in vitro è stato possibile confermare la capacità di Mn@HFn-RT di raggiungere efficacemente le cellule tumorali, e si è inoltre dimostrata la sua abilità di favorire il riconoscimento di masse tumorali in vivo: infatti, Mn@HFn-RT somministrato con un basso dosaggio di metallo, ha dimostrato una ottima clearance ed è stato in grado di far risaltare una massa di tumore al seno impiantato in topo. Per tali motivi, Mn@HFn-RT può essere considerato un promettente MC per la risonanza magnetica.