Application of H2N-Fe3O4 and NaDyF4-NaGdF4 Contrast Agents for the Early Detection of Prostate Cancer and Breast Cancer in the Animal Models
Loading...
DOI
Date
2025
Authors
MacDonald, David
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Thesis supervisors
Publisher
The Henryk Niewodniczański Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences
License Type
Creative commons license
Abstract
Niniejsza praca prezentuje zastosowanie środków kontrastowych bazujących na paramagnetycznych nanocząstkach, H2N-Fe3O4 i NaDyF4-NaGdF4, do wczesnej diagnostyki raka prostaty i piersi przy użyciu systemu do obrazowania rezonansem magnetycznym (MRI) o polu 9,4 Tesla. Relaksacyjność nanocząstek H2N-Fe3O4 zmierzono w roztworze wodnym w polu magnetycznym 9,4 T w celu oszacowania ich możliwości zastosowań do badań przedklinicznych, a także w polu 3 Tesla, biorąc pod uwagę możliwe przyszłe zastosowania kliniczne środków kontrastowych. Oba typy nanocząstek zastosowano w badaniach in vivo na mysich modelach raka prostaty i piersi. Wyniki wykazały, że zarówno oba środki kontrastowe znacząco zwiększają kontrast guza przy użyciu systemu 9,4T 12 minut i 15 minut po wstrzyknięciu. Pomiary relaksacyjności wykonane w polu 3 T wykazały, że nanocząstki mogą być również skuteczne w warunkach klinicznych.
Oprócz badań in vivo środków kontrastowych opracowano również teoretyczny model obrazowania rezonansowego obejmujący guz i tkankę normalną, w celu określenia w jaki sposób obróbka danych („post-processing”) może dodatkowo poprawić kontrast guza na obrazach rezonansowych. Model wykazał, że odjęcie obrazu ważonego przez czas T2 od obrazu ważonego przez czas T1 poprawia kontrast guza w obrazach rezonansowych przed i po wstrzyknięciu środka kontrastowego. Wyniki zastosowano na obrazach in vivo, pokazując efektywność metody.
This thesis explores the application of contrast agents comprising paramagnetic nanoparticles, H2N-Fe3O4 and NaDyF4-NaGdF4, to improve the early detection of prostate and breast cancer using a 9.4T magnetic resonance imaging (MRI) system. The relaxivity of H2N-Fe3O4 in an aqueous solution was measured at the magnetic field of 9.4T for pre-clinical investigation as well as at 3T considering possible future clinical applications of the contrasts. Both nanoparticles were applied in vivo in prostate and breast cancer mouse models. The results showed that both contrast agents H2N-Fe3O4 and NaDyF4-NaGdF4 significantly enhance tumor contrast 12 min and 15 min post injection respectively at 9.4T. The relaxivity measurements at 3T showed that the nanoparticles could also be effective in clinical settings. In addition to the in vivo studies of the contrast agents, a theoretical MRI model comprising tumor and normal tissue was developed to investigate how image post-processing may further improve the tumor contrast in MRI. The model showed that subtraction of T2-weighted from T1-weighted image improves tumor contrast in MR images before and after injection of a contrast agent. The results were applied to in vivo MR images showing the expected tumor contrast improvement.
This thesis explores the application of contrast agents comprising paramagnetic nanoparticles, H2N-Fe3O4 and NaDyF4-NaGdF4, to improve the early detection of prostate and breast cancer using a 9.4T magnetic resonance imaging (MRI) system. The relaxivity of H2N-Fe3O4 in an aqueous solution was measured at the magnetic field of 9.4T for pre-clinical investigation as well as at 3T considering possible future clinical applications of the contrasts. Both nanoparticles were applied in vivo in prostate and breast cancer mouse models. The results showed that both contrast agents H2N-Fe3O4 and NaDyF4-NaGdF4 significantly enhance tumor contrast 12 min and 15 min post injection respectively at 9.4T. The relaxivity measurements at 3T showed that the nanoparticles could also be effective in clinical settings. In addition to the in vivo studies of the contrast agents, a theoretical MRI model comprising tumor and normal tissue was developed to investigate how image post-processing may further improve the tumor contrast in MRI. The model showed that subtraction of T2-weighted from T1-weighted image improves tumor contrast in MR images before and after injection of a contrast agent. The results were applied to in vivo MR images showing the expected tumor contrast improvement.
Description
Keywords
Citation
Sponsorship:
Grantnumber:
License Type
Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International