Новое средство доставки нанотрубок может сделать магнитно-резонансную томографию как никогда более эффективной.

Ученые из Университета Райса (Rice University) и других отделений Техасского медицинского центра (Texas Medical Center) вместе со своими коллегами из Колорадо, Италии и Швейцарии нашли способ «заманить» контрастные вещества в «ловушку»  – микрочастицу кремния. При введении в кровь таких «загруженных» микрочастиц эффективность метода может увеличиться до 50 раз. На полученных методом МРТ изображениях контрастные вещества «подсвечивают»» поврежденные ткани организма.

«Сделать получаемые методом МРТ изображения лучше  – непростая задача», – говорит Лон Вилсон (Lon Wilson), профессор кафедры химии в Университете Райса, один из трех старших авторов статьи, опубликованной в он-лайн издании журнала Nature Nanotechnology.

За 2007 год только в США было проведено 28 миллионов МРТ-сканирований, и почти в 45 процентах из них использовались контрастные агенты.

«МРТ – один из мощнейших, если не самый мощный, инструментов медицинской визуализации», – продолжает Вилсон. «Он неинвазивен, не излучает вредной ионизирующей радиации и его разрешение – лучшее из того, чего можно добиться в этой области. Однако чувствительность МРТ оставляет желать лучшего. Поэтому все, что может увеличить чувствительность и тем самым повысить эффективность метода, очень важно».

Магнитно-резонансная томография основана на воздействии магнитного поля на атомы водорода в молекулах воды. В мощном магнитном поле, создаваемом томографом, магнитный момент протона меняет свою пространственную ориентацию. Затем атомам водорода разрешается вернуться в их исходное магнитное состояние – процесс, называемый релаксацией. Во многих случаях метод МРТ требуют контрастного усиления специальными веществами, обладающими парамагнитными свойствами. Они меняют электромагнитные свойства тканей и повышают контрастность изображения. В присутствии парамагнитных ионов гадолиния время релаксации атомов сокращается, что делает области его накопления более яркими относительно фона.

Вилсон и его коллеги разработали средство доставки контрастных веществ – микроразмерные частицы кремния, имеющие форму хоккейной шайбы. В названных кремниевыми микрочастицами, или SiMPs, дисках они создали поры, длина и ширина которых измеряется в нанометрах.

В эти поры ученые ввели три типа контрастных веществ: Магневист (гадопентетовая кислота), широко используемый вот всем мире агент; гадофуллерены и гадонанотрубки. Последние два контраста были разработаны в лаборатории Вилсона. Все три химически изолируют токсичный элемент гадолиний, делая его более безопасным для организма пациента.

Диаметр SiMPs очень мал – около 1 микрометра, но когда они удерживают молекулы воды и содержащие гадолиний нанотрубки, протоны на МРТ-изображении становятся гораздо ярче. А так как до растворения в безвредную для организма кремниевую кислоту (до 24 часов) SiMPs сохраняют свою форму, молекулы могут отображаться в течение длительного времени.

Проблема заключается в доставке контрастных веществ в те органы и ткани организма больного, которые представляют непосредственный интерес для врачей. Микрочастицы кремния, разработанные Вилсоном, сконструированы таким образом, что они выходят из кровотока, собираясь в опухолях и пораженных тканях.

«Сферические частицы, по крайней мере, в математической модели, перемещаются по центральной части сосудов», – поясняет ученый. «Благодаря специфической конструкции, наши частицы держатся у их стенок. Попадая в зоны с высокой проницаемостью, такие, как раковые опухоли, они легко выходят из сосудов в ткань».

Инкапсуляция в микрочастицы кремния улучшает качества всех трех контрастных агентов, но SiMPs с гадонанотрубками (углеродными нанотрубками, содержащими ионы гадолиния) показали самые высокие результаты.

SiMPs можно функционализировать пептидами, сделав их мишенями раковые и другие клетки. Содержащие контрастные вещества и терапевтические препараты кремниевые микрочастицы потенциально можно отследить, так как они нацелены на те больные или поврежденные ткани, где по мере растворения кремния будет происходить высвобождение медикаментов.