Международная исследовательская группа, возглавляемая учеными из университета Райса США (Rice University, USA) предложила новый метод выполнения стандартной процедуры магнитно-резонансной томографии, основанный на использовании новых контрастных агентов – гадонанотрубок и их переносчиков-ловушек – кремниевых пористых микрочастиц. Новый метод в 50 раз является более эффективным при определении опухолей или других симптомов болезни, нежели его аналоги-предшественники! Авторы уверены в большом будущем их детища.

Кратко мы уже писали о новом методе (см. статью). В данной статье мы раскроем новые подробности, по истине, революционного метода магнитно-резонансной томографии (МРТ).

Пористые кремниевые микрочастицы, напоминающие дискообразное «гнездо» (nest) для нанотрубок, могут помочь МРТ стать лучше, чем когда-либо прежде в обнаружении признаков рака, согласно результатам исследований, осуществляемых международной группой во главе с исследователями из Университета Райса.

В международную исследовательскую группу также входят ученые из других учреждений: Медицинского центра Техаса, исследовательских институтов Колорадо, Италии и Швейцарии. Данная группа развила общий метод, предназначенный для захвата парамагнитных наночастиц в “ловушку”, которая представляет собой полую кремниевую микрочастицу, введенную в кровоток пациента. Этот шаг делает наночастицы до 50 раз более эффективными при определении опухолей или других симптомов болезни. Парамагнитные контрастные агенты «засвечивают» поврежденную ткань в теле пациента на изображениях, полученных инструментами МРТ.

Рис. 1. (a) схематический показ магневиста (Magnevist), (b) гадофуллеренов (GFs), и © несвязанных гадонантрубок (GNTs). Сканированные электронные микрографы (d) квазиполусферических (H-SIMP: диаметр = 1.6 мкм; толщина ~ 0.6 мкм) и дискообразных (D-SIMP: диаметр = 1.0 µm; толщина = 0.4 µm) частиц. Рисунок из журнала Nature.

«Сделать МРТ лучше есть не простой вопрос», – сказал Лон Уилсон, один из трех главных соавторов научно-исследовательской работы, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology.

Среди других старших соавторов Мауро Феррари (Mauro Ferrari) из Методистского научно-исследовательского института-госпиталя (Methodist Hospital Research Institute), и Паоло Декуцци (Paolo Decuzzi) из университета Центра Медицинских наук Техаса (University of Texas Health Sciences Center) в Хьюстоне. Доктор Феррари и Декуцци являются членами Техаского центра наномедицины против рака (Texas Center for Cancer Nanomedicine), одного из лучших нанотехнологических центров борьбы с онкологией, финансируемого Национальным Альянсом института онкологии в сфере нанотехнологий против Рака (the National Cancer Institute Alliance for Nanotechnology in Cancer).

В 2007 году 28 миллионов МРТ-просмотров было выполнено в Соединенных Штатах, и контрастные агенты использовались почти в 45 процентах из них.

«МРТ – один из самых мощных медицинских инструментов для отображения, если не самое мощное» – сказал доктор Уилсон. – «Он не является агрессивным для организма, не порождает вредную радиацию, и разрешение изображения является наилучшим, которое вы можете в принципе получить с использованием медицинского оборудования».

Главное ограничение МРТ – его чувствительность.

«Все что-либо вы можете сделать для улучшения представления результата и увеличения чувствительности в МРТ есть большая заслуга – и этот метод делает это».

Наноразмерная форма кремниевой частицы напоминает хоккейную шайбу. Эта частица служит устройством доставки контрастных агентов в исследовании. Поры, размеры которых составляли несколько нанометров в длину и ширину, были созданы в дисках, названных кремниевыми микрочастицами, или SiMPs. Три типа контрастных агентов были вовлечены в поры. Магневист (Magnevist), общий контрастный агент, который сегодня используется во всем мире, был первым; другие были гадофуллерены и гадонанотрубки. Все три контрастных агента химически изолируют ядовитый гадолиний (gadolinium), чтобы сделать это безопасным для инъекции.

Работа МРТ основана на управлении атомами водорода в воде, которые взаимодействуют с магнитным полем инструмента и выравниваются согласно полю. Затем атомам водорода позволяют вернуться в их исходное магнитное состояние. Соответствующий процесс называется релаксацией. В присутствии парамагнитного иона гадолиния время релаксации атомов сокращается, делая эти области, более яркими на общем фоне под действие магнитного поля МРТ.

SiMPs являются малыми и когда они “заманивают в ловушку” молекулы воды и связки нанотрубок, содержащие гадолиний, протоны кажутся намного более яркими на МРТ-изображениях. Поскольку SiMPs сохраняют свою форму в течение 24 часов прежде, чем распасться в безопасную кремнёвую кислоту, молекулы могут быть визуализированы в течение большого промежутка времени. Этот трюк позволяет их доставить к местам в теле пациента, которые доктора и технический персонал хотят увидеть. Уилсон сказал, что SiMPs разработаны так, чтобы покинуть кровоток и осесть в местах опухолей и повреждений.

«Сферические частицы, по крайней мере, в математических моделях, стекаются в центр васкулатуры,» − сказал он. − «Эти частицы разработаны так, чтобы охватить поверхность ткани − “стенку”. Когда они сталкиваются с “прохудившейся областью”, такой как раковая опухоль, они могут легко выйти».

Инкапсуляция в пределах SiMPs улучшила проявление всех трех контрастных агентов, но SiMPs с гадонанотрубками (углеродные нанотрубки, которые содержат связки ионов гадолиния), показали лучшие результаты.

«Проявление агентов превзошло все наши ожидания» − сказал он. SiMPs может также использоваться с пептидами, которые предназначаются для обнаружения рака и других злокачественных клеток. SiMPs, которые содержат контрастные вещества и агентов против рака, могут быть потенциально отслежены, поскольку они концентрируются на опухолях, где агенты освобождаются, поскольку кремний распадается.

Результаты исследований опубликованы в статье:

Jeyarama S. Ananta, Biana Godin, Richa Sethi, Loick Moriggi, Xuewu Liu, Rita E. Serda, Ramkumar Krishnamurthy, Raja Muthupillai, Robert D. Bolskar, Lothar Helm, Mauro Ferrari, Lon J. Wilson & Paolo Decuzzi Geometrical confinement of gadolinium-based contrast agents in nanoporous particles enhances T1 contrast. – Nature Nanotechnology. – 2010. – 5. – P. 815–821; doi:10.1038/nnano.2010.203.

Статья переведена и отредактирована Филипповым Ю.П.