Исследователи Университета Гамбурга (the University of Hamburg) в Германии создали новые контрастные агенты для магнитно-резонансной томографии (МРТ) на основе функционализированных квантовых точек и нанокристаллов оксида железа. Даже при очень высоких концентрациях эти наночастицы остаются нетоксичными.

Флуоресцентные полупроводниковые квантовые точки и суперпарамагнитные нанокристаллы оксида железа Fe₃O₄ могут быть использованы для изучения опухолей томографическими методами как in vivo, так и in vitro, однако необходимо, чтобы используемые частицы были водорастворимы и устойчивы в биологических средах. Одним из методов для достижения этих свойств является присоединение к наночастицам специальных лигандов. Однако, как показала практика, этот процесс намного более сложен, чем кажется на первый взгляд. Типичная проблема заключается в срыве и замещении исходных водорастворимых лигандов (стабилизирующих агентов) в биологических средах.

Рис. 1. Один из исследователей группы Х. Веллера Эльмар Позелт (Elmar Pоselt) за работой в лаборатории.

В настоящее время группой немецких ученых под руководством Хорста Веллера (Horst Weller) была предложена новая система на основе амфифильных блок-сополимеров полиизопрена и полиэтиленоксида. Биофункционализация состоит из 4-ех этапов: первые два этапа включают активацию поверхности квантовых точек на основе CdSe/CdS/Zns в виде нанесения предварительного покрытия, на котором будет происходить дальнейшее инкапсулирование (обволакивание) наночастиц полимером. Полимер образует защитную гидрофобную оболочку вокруг каждой наночастицы.

Рис. 2. Флуоресценция квантовых точек, созданных группой Х. Веллера.

Третий этап состоит из дополнительного сшивания гидрофобных оболочек, которые значительно повышают стабильность наночастиц в широком спектре биологических сред. Заключительный 4-ый этап представляет собой ковалентное прививание «распознающих» молекул, таких как антигены для взаимодействия с антителами (Т84.1 в рассматриваемом случае).

Рис. 3. Изображение наночастиц оксида железа, полученное методом электронной микроскопии высокого разрешения (HRTEM).

«Ковалентно-связанная система квантовых точек и нанокристаллического оксида железа может быть использована в томографии для диагностики опухолей, так как сопряженные с наночастицами антитела распознают опухоли…», – говорит Веллер. Инкапсулированные наночастицы как флуоресцируют, так и показывают высокий сигнал при проведении МРТ.

«Наш метод является достаточно общим», – говорит Веллер в интервью nanotechweb.org, – «Он позволяет включать в капсулы самые различные наночастицы и лекарства. И что самое главное, он также позволяет связывать их с огромным количеством различных биологически-активных молекул».

Лабораторные испытания

Исследователи протестировали свою технологию на мышах с опухолями на коже, введя в животных раствор, содержащий Т84.1-сопряженные и функционализированные терапевтические и, одновременно, диагностические наночастицы. Через три часа после введения инъекции результаты МРТ показали, что опухоли существенно уменьшились в размере, причем спустя 12 часов и 24 часа это результат стал еще более заметным. По мнению ученых, наночастицы смогли образовать с опухолями «специфические» связи.

«Одной из целей наномедицины является создание функционализированных наночастиц, которые могут распознавать специфические клетки-мишени, такие как раковые,» – объяснил Веллер, – «Метод, по которому мы инкапсулируем наночастицы с тщательно подобранными блок-сополимерами, выполняет это требование намного лучше, чем многие другие промышленные способы биоконьюгации (ковалентного связеобразования в живой клетке), используемые для распознавания молекулярного связывания».

Данная работа была опубликована в статье:

Elmar Pöselt, Christian Schmidtke, Steffen Fischer, Kersten Peldschus, Johannes Salamon, Hauke Kloust, Huong Tran, Andrea Pietsch, Markus Heine, Gerhard Adam, Udo Schumacher, Christoph Wagener, Stephan Förster, and Horst Weller Tailor-Made Quantum Dot and Iron Oxide Based Contrast Agents for in Vitro and in Vivo Tumor Imaging. – ACS Nano. – 2012, 6 (4), pp 3346–3355; DOI: 10.1021/nn300365m.