На протяжении почти двух десятилетий кардиологи ищут методы, позволяющие увидеть тромбы, прежде чем они станут причиной инфаркта миокарда.

Ученые Школы медицины (School of Medicine) Вашингтонского университета (Washington University) в Сент-Луисе разработали наночастицы, способные обнаруживать тромбы и делать их видимыми для нового вида рентгеновских технологий.

По словам доктора медицины кардиолога Грегори Ланца (Gregory Lanza), новые наночастицы позволят снять неопределенность в решении вопроса, действительно ли у пациента, поступившего в больницу с болями в груди, произошел инфаркт миокарда.

Каждый год миллионы людей попадают в отделения неотложной помощи с болью в груди. В некоторых случаях врачи сразу исключают проблемы с сердцем. Но чаще всего они не могут быть в этом уверены. Если есть сомнения, пациент должен быть госпитализирован, и только после обследования диагноз инфаркта миокарда может быть исключен или подтвержден. Такое обследование не только дорого стоит, но и занимает много времени.

Вместо ночи пребывания в больнице, нужной врачам, чтобы убедиться, что пациент стабилен, новая технология может показать локализацию тромба за считанные часы.

Наночастицы предназначены для использования с новым типом КТ-сканера, способного «видеть» металлы в цвете. Используя полный спектр рентгеновского пучка, новая технология, названная спектральной компьютерной томографией, способна различать объекты, неразличимые при обычном КТ-сканировании, которое видит только черное и белое.

Новый сканер использует преимущества той самой физики, которую применяют астрономы, определяя по свету звезды содержащиеся в ней металлы.

«Они смотрят на рентгеновский спектр, и рентгеновский спектр говорит им, какие там есть металлы», – комментирует разработку профессор Ланца. «Мы делаем то же самое».

Используемый в новой технологии метал – висмут. Адъюнкт-профессор медицины Дипаньян Пэн (Dipanjan Pan) создал наночастицу, содержащую достаточное количество висмута, чтобы ее можно было увидеть с помощью спектрального КТ-сканера.

Каждая наночастица несет миллион атомов висмута. Так как компьютерная томография – относительно нечувствительный метод визуализации, такое большое количество металла необходимо, чтобы их мог увидеть сканер.

Но висмут – тяжелый токсичный металл. Его нельзя вводить в организм в чистом виде. Поэтому Пэн использовал химическое соединение, в котором атомы висмута связаны с цепочками жирных кислот. Затем, получив раствор этого соединения, он инкапсулировал смесь в фосфолипидную мембрану. Очень похоже на то, как это делают капельки масла в уксусной приправе, такие частицы самоорганизуются, неся ядро из соединения висмута.

На модели мышей Пэн показал, что химический состав и структура наночастиц позволяют организму разрушать их и высвобождать содержащееся внутри безопасное соединение висмута.

С поверхностью наночастиц Пэн связал молекулу, способную найти белок фибрин. Фибрин составляет основу тромба, но больше в сосудистой сети он не встречается нигде.

«Если у вас инфаркт миокарда, выстилка коронарной артерии разорвана, и формирующийся тромб «заделывает» разрыв», – объясняет Ланца. «Но при этом тромб начинает сужать сосуд, и по нему перестает проходить кровь. Теперь у нас есть наночастица, которая увидит этот тромб».

Изображение, полученное методом спектральной КТ с наночастицами висмута, мишенью которых является фибрин, даст ту же информацию, что и традиционная черно-белая компьютерная томография, но фибрин во всех тромбах будет отображаться в цвете, например, желтом или зеленом. Это решит обычную для традиционной КТ проблему кальциевых помех.

Спектральный КТ-сканер, использованный в данном исследовании,  – пока лишь прототип, разработанный Philips Research, Гамбург, Германия. Наночастицы протестированы только на кроликах и других животных моделях, но первые результаты свидетельствуют о том, что они позволяют отличить тромбы от кальциевых отложений.

Образование тромба в кровеносном сосуде (вверху) с разорвавшейся атеросклеротической бляшкой, показанной желтым. Наночастицы (синие и черные) взаимодействуют с белком тромба фибрином, показанным голубым. Традиционная КТ-визуализация, снизу слева, не показывает разницы между тромбом и кальцием бляшки, оставляя открытым вопрос об образовании в сосуде тромба, который нужно лечить. Спектральный КТ-снимок, внизу справа, «видит» висмутовые наночастицы, связанные с фибрином (показаны зеленым), отличая его от находящегося в бляшке кальция, также показанного белым. (Credit: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA)

Новые наночастицы и спектральный КТ-сканер помогают не только подтвердить или исключить диагноз инфаркта миокарда, но и показывают точную локализацию тромба.

Сегодня, даже если врачи диагностируют у пациента инфаркт миокарда, они не могут установить локализацию тромба без катетеризации, то есть без введения красителя и поиска суженных бляшками артерий, которые можно расширить с помощью стентов. Однако, подчеркивает Ланца, найти суженные артерии – еще не решение всех проблем.

«Артерии с очень узкими просветами не доставляют нам слишком много беспокойства», – объясняет он. «Мы находим их с помощью катетеризации и открываем. Что действительно вызывает тревогу – это нестабильная бляшка на артериальной стенке, не мешающая свободному току крови по сосуду. Большинство инфарктов и инсультов связано именно с такими бляшками, оторвавшимися и внезапно заблокировавшими артерию. Нужно что-то, что скажет нам о существовании разорвавшейся бляшки, даже если сосуд не очень узок».

Так как наночастица находит и связывается с фибрином, она позволит врачам увидеть проблемы, которые ранее было сложно или невозможно обнаружить.

Новая технология визуализации позволит разработать и новые подходы к лечению коронарной болезни. Нестабильная бляшка не слишком сильно ограничивает кровоток и не требует установки дорогих стентов для поддержания сосуда открытым. Взамен стентированию Ланца предвидит развитие методов, действие которых можно сравнить с действием пластыря, заклеивающего слабые места сосудистых стенок.

«Сегодня мы не знаем, где нужно приклеить такой пластырь», – объясняет профессор. «Но спектральная КТ-визуализация и висмутовые наночастицы могли бы показать точную локализацию тромбов, сделав возможным предотвращение опасного разрыва нестабильной бляшки».

Аннотация к статье Computed Tomography in color: NanoK-enhanced spectral CT molecular imaging