surse de expunere
în lucrarea de față am demonstrat distribuția Gd în țesutul osos cortical și corelarea acestuia cu celelalte elemente detectate. Se știe din istoricul pacientului că RMN-ul a fost efectuat cu 8 luni înainte de biopsie, dar rămâne necunoscut dacă a fost utilizat un agent de contrast. Prin urmare, nu putem afirma că semnalul Gd provine din reținerea acestui eveniment unic de expunere. Este corect să rețineți că,altele decât sursele de expunere ce-RMN la Gd sunt posibile29, 30.
mineritul și prelucrarea elementelor de pământuri Rare (REE) pot fi menționate în acest sens, deși rapoartele privind expunerea profesională asociată cu rezultate negative asupra sănătății, altele decât pneumoconioza, sunt sporadice. Li și colab. s-au găsit niveluri urinare mai ridicate de La, Nd, Ce și Gd la lucrătorii expuși care se ocupă de particule ultrafine și nanoparticule de oxizi Ce și La comparativ cu cele neexpunute31, cu toate acestea, următoarea lucrare din grup (probabil pe aceiași subiecți), privind nivelurile urinare ale ree ajustate cu creatinină, nu a prezentat diferențe semnificative în nivelurile de gadoliniu32. Nu am putut găsi rapoarte despre depunerea gadoliniului la subiecții expuși ocupațional.
în ultimii ani poluarea antropică a Gd, în special în sistemele acvatice, a devenit un subiect de cercetare extensivă33,34,35. Cu toate acestea, ne îndoim că concentrațiile scăzute de Gd în apa de la robinet ar putea duce la acumularea Găsită în țesutul osos; și având în vedere istoricul ocupațional al subiectului probabil, probabilitatea expunerii profesionale presupuse la concentrații ridicate de gadoliniu este îndepărtată.
ipoteza noastră este că observațiile făcute în acest studiu ar putea fi în general caracteristice pentru absorbția Gd de către OS, indiferent de sursă. Experimentele imagistice pe un număr mai mare de biopsii de la pacienți cu antecedente cunoscute de expunere la Gd sunt necesare pentru a determina sistematic acumularea/retenția Gd în raport cu sursa și sunt planificate să fie efectuate după acest studiu pionier.
analiza ex vivo, localizarea în os
până în prezent, retenția Gd în os a fost investigată în vrac și,în multe cazuri,au fost utilizate tehnici bazate pe ICP pentru analiză16,17, 36, 37. Cercetările efectuate prin spectroscopie de emisie atomică cu plasmă cuplată inductiv (ICP-AES) și ICP-MS au comparat GBCA liniară (Omniscan) cu macrociclică (ProHanse) și au evidențiat niveluri mai ridicate de retenție în os în cazul agentului de contrast liniar36,37. O investigație care utilizează SEM-EDS pentru analiză a raportat că nu a fost detectată nicio Gd în os. Acest lucru s-ar putea datora limitelor de detecție ale metodei alese sau preparării anterioare a eșantionului, deoarece eșantionul a fost decalcificat14. În timp ce limitele de detecție ale EDS sunt de obicei în jur de 0.5% în greutate, spectrometria SR-XRF (așa cum este utilizată în studiul de față) prezintă o sensibilitate mult mai mare până la sub-ppm24, făcând astfel această metodă mai potrivită pentru analiza locală a oligoelementelor precum Gd. Într-adevăr, concentrațiile anticipate de Gd în os după expunerea la GBCA se situează în câteva ppm, ceea ce este susținut de măsurătorile în masă (până la 1,77% GD/g os37) și de experimentele in vivo (media 1,19% GD/g os19).
deoarece concentrația de gadoliniu în structurile detectate prezintă un interes considerabil, s – a încercat cuantificarea conținutului local de Gd-și s-au obținut valorile maxime în intervalul 70-270 de hectolitri/g (concentrația maximă detectată local, indicativă, care nu trebuie confundată cu valorile în vrac menționate mai sus!)- procedura detaliată este descrisă în material suplimentar. Acest lucru se corelează bine cu rezultatele obținute într-un experiment imagistic elementar comparabil folosind biopsia cutanată, unde concentrațiile de puncte fierbinți din hărțile Gd depășesc 100 hectog/g38.
prin corelarea hărților elementare obținute la imaginile Anka synchrotron și qBEI, am putut atribui structurile histologice, care par a fi predispuse la acumularea Gd, și anume (i) liniile de ciment și (ii) pereții porilor vasculari (interfață cu canalele Haversian / Volkmann). Teoretic, depunerea în pereții canalelor se datorează apropierii directe a vaselor de sânge care prezintă calea principală de livrare a Gd după expunere. Liniile de ciment marchează limitele osteonului, sunt bogate în minerale și deficitare de colagen (în comparație cu matricea mineralizată a osteonului) și conțin, de asemenea, proteine necolagene, cum ar fi osteopontina, glicozaminoglicanii, osteocalcina și sialoproteina osoasă39. Liniile de ciment sunt stabilite în faza de inversare a formării osteonului (adică înainte de formarea noilor lamele secvențiale)40. Presupunând că expunerea GD tranzitorie a avut loc în această fază de formare a osteonului, este plauzibil ca Gd să poată fi inclusă în compoziția Liniei de ciment și a lamelelor adiacente.
corelarea cu alte elemente, posibile mecanisme de retenție
corelarea Gd cu alte elemente poate pune în lumină mediul chimic al Gd în cadrul acumulărilor și asupra mecanismului de retenție. Datele disponibile privind depunerile Gd în piele sugerează o colocalizare cu elemente precum Ca, P și Zn. Abraham și colab. observat Gd în asociere cu Ca de către SIMS10. Birka și colab. folosit LA-ICP-MS și a concluzionat, că distribuțiile GD și P potrivite sugerează prezența depozitelor insolubile de GdPO4 în secțiunea de țesut; iar corelația Gd și Ca ar putea sugera că Gd provoacă depuneri care conțin calciu, care declanșează calcificarea11. George și colab. a investigat acumularea de Gd în pielea afectată de NSF folosind SR-XRF și a găsit o corelație clară între distribuțiile Gd, Ca și P și utilizarea spectroscopiei cu structură fină de absorbție extinsă (EXAFS) a permis în continuare asumarea prezenței Gd sub formă de structuri asemănătoare Gdpo413. O distribuție neomogenă a Zn a fost, de asemenea, găsită în depozitele Gd și Ca, deși s-a concluzionat că Zn nu prezintă o corelație simplă cu acele elemente din piele. În același timp, High și colab. de asemenea, cu utilizarea SR-XRF a observat colocalizarea Gd, Ca și Zn în țesutul pielii și a emis ipoteza că Ca și Zn facilitează deplasarea Gd de la agentul chelator12. Rezultate interesante au fost obținute de Clases și colab., OMS a investigat nu numai depunerile cutanate, ci și cele cerebrale, utilizând LA-ICP-MS.în distribuția elementară cutanată a Gd, P, Ca și Zn corelată în locație și formă, indicând abundența speciilor de fosfat insolubil, în timp ce în corelațiile cerebrale și co-localizarea Gd cu P, Ca, Zn, precum și Fe a fost observată38.
cu toate acestea, în ciuda tuturor cercetărilor în curs, mecanismul încorporării Gd în os rămâne nedeterminat, iar forma în care este depus nu este cunoscută. Investigarea distribuției spațiale a Gd în interiorul osului poate fi esențială pentru înțelegerea acestui lucru și astfel de studii sunt apelate41. Deși mecanismul de depunere a pielii ar putea diferi de acumularea în os, am găsit și Gd în regiunile calcificate. Darrah și colab. sugerat că Gd3 + ionic eliberat din GD-chelați este ulterior încorporat în faza minerală hidroxiapatită de calciu carbonată a osului17. Un astfel de proces, așa-numitul „transmetallation”, în care molecula GBCA se presupune că suferă în mediul in vivo, se referă la concurența dintre cationii endogeni (Fe3+, Zn2+, Mg2+, Ca2+ etc.) și Gd3+, precum și între anioni endogeni (carbonat, hidroxid, fosfat etc.) și ligandul. Transmetalația Ca este susținută de asemănarea Gd cu Ca, razele ionice ale ionilor sunt 107,8 pm pentru Gd și 114 pm pentru calciu. În acest context, am dori să menționăm studiul nostru anterior privind încorporarea Sr în os, deoarece Sr este, de asemenea, similar din punct de vedere chimic cu Ca. La pacienții cărora li s-a administrat ranelat de Sr pentru tratamentul osteoporozei, Sr s-a găsit predominant în matricea osoasă nou formată (formată în perioada creșterii valorilor serice de Sr) și a fost încorporată în cristalele de hidroxiapatită modificând/mărind Constanta rețelei cristale42,43. Prin urmare, am putea presupune că reținerea Gd este de aceeași natură, care poate fi evaluată în continuare prin analiza speciației.
celălalt concurent posibil de transmetalizare este Zn, care a fost deja sugerat de unele dintre măsurătorile ex vivo ale depunerilor cutanate discutate mai sus. În 2010, S. Greenberg a publicat un raport de caz asupra unui pacient cu intoxicație cronică Cu Zn, indicând o posibilă retenție a Gd datorată transmetalizării Gd-Zn44. Prin măsurătorile efectuate la sursa de lumină diamantată și sincrotronii ESRF cu fascicule submicrometrice ne-am concentrat asupra structurilor Gd din osul mineralizat. Aceste experimente imagistice au relevat o suprapunere locală a Gd și Zn. Deși modelele lor de distribuție nu sunt aceleași, Gd pare să fie prezent doar în zonele cu conținut ridicat de Zn. Investigațiile anterioare efectuate de grupul nostru au demonstrat un conținut ridicat de Zn, Pb și Sr în liniile de ciment22. Constatările actuale care arată interdependențele dintre Gd și Zn, ar putea susține transmetalația Gd-Zn ca mecanism de retenție a Gd.
semnificație și toxicitate posibilă
gadoliniul aparține grupului de elemente de pământuri rare, în mod normal nu se găsește în organismele vii și este foarte toxic în forma sa Ionică liberă Gd3+ 3. Țesutul osos este activ din punct de vedere metabolic și suferă continuu remodelare. Prin urmare, este probabil să apară o eliberare lentă endogenă de Gd în sânge, iar riscul este chiar mai mare la subiecții cu resorbție osoasă crescută (sarcină, lactație, în timpul menopauzei; la pacienții osteoporotici)17,45. Creșterea preocupărilor de siguranță în ceea ce privește utilizarea GBCA a declanșat cercetări pe animale, investigând retenția Gd de către diferite țesuturi, sub administrarea unică sau repetată de GBCA la animale sănătoase, precum și în modelele de boală induse. Jost și colab. GBCA liniare și macrociclice comparate în ceea ce privește depunerea creierului la șobolani după 2 săptămâni de administrare repetată utilizând LA-ICP-MS46. Site-ul necunoscut anterior al acumulării Gd a fost identificat de Delfino și colab., OMS a observat depunerea Gd în țesuturile parodontale în modelul murin cu boală renală indusă, utilizând SR – XRF și LA-ICP-MS47. Rezultate interesante care arată acumularea diferențială a Gd de către diferite țesuturi osoase-cortical, os trabecular și măduvă osoasă la șobolani tineri și adulți prin ICP-MS au fost publicate de Fretellier și colab.48. O linie interesantă de cercetare – utilizarea GBCA în timpul sarcinii și efectul potențial al Gd asupra fătului, au fost investigate de Prola-Netto și colab. la macacii rhesus și, deși numai niveluri extrem de scăzute de Gd au fost găsite în țesuturile juvenile după expunerea in utero, femurul a fost identificat ca un loc de retenție consistentă a Gd la toate animalele49. Până în prezent, însă, studiile care permit elucidarea mecanismelor de încorporare a Gd în OS, precum și soarta ulterioară a acestuia, nu au fost întreprinse, prin urmare, sunt solicitate modele animale și studii care implică biopsii umane50.
cunoștințele despre depunerea de Gd din GBCAs în os sunt importante, în special în perspectiva dovezilor obținute recent ale comportamentului său de acumulare în țesutul cerebral și a posibilelor riscuri asociate cu toxicitatea Gd liberă. Din cunoștințele noastre, aceste măsurători reprezintă prima încercare de imagistică a acumulărilor de Gd în țesutul osos, care are o valoare excepțională pentru înțelegerea mecanismelor de retenție a Gd și, în plus, pentru predicții privind siguranța GBCA.
Outlook
rezumând întrebările cheie pentru cercetarea ulterioară pe care vă sugerăm să vă concentrați: (i) analiza sistematică a biopsiilor de la pacienți cu antecedente cunoscute de aport de GBCA în comparație cu grupurile de control fără expunere clinică la Gd, (ii) studii la animale care compară animalele suplimentate cu Gd și animalele de control pentru a distinge modelele de acumulare pentru evenimente de expunere continuă, precum și pentru evenimente de expunere pe termen scurt, (iii) cuantificarea Gd în os care poate fi realizată folosind standarde adaptate matricei (ar putea fi aplicate și celelalte metode imagistice elementare, cum ar fi LA-ICP-MS și SIMS); (iv) trebuie efectuată speciația Gd depusă, de exemplu. de XANES și EXAFS pentru a dobândi cunoștințe despre forma chimică specifică, care este esențială în prezicerea pericolului posibil pentru sănătate (Toxicitate).