Согласно последней работе ученых из США, полимерные наночатицы с полупроводниковыми свойствами потенциально могут работать фотоаккустическим контрастным агентом для визуализации отдельных молекул в естественных условиях. При введении в организм мыши упомянутых наночастиц фотоаккустический сигнал получается намного сильнее, по сравнению с сигналом, полученном при введении углеродных нанотрубок и наностержней золота (которые на сегодняшний день чаще используются в роли контрастного агента). Полимерные наночастицы также могут использоваться для отображения активных форм кислорода – важных эндогенных сигнальных молекул, вовлеченных в процессы на ранних стадиях многих заболеваний.

Большинство традиционных методов оптической визуализации не подходят для работы с толстыми живыми тканями, поскольку свет сильно рассеивается биологической материей, что приводит к плохому пространственному разрешению картинки. Фотоаккустические методики отображения лишены подобных проблем, поскольку в этом случае измеряется тепло, производимое за счет поглощения фотонов. Техника работает за счет того, что импульсы фотонов (формируемые, к примеру, с помощью фемтосекундного лазера) нагревают воду в окружающих тканях, вызывая их расширение и сжатие с каждым импульсом. Волны давления, создаваемые таким образом, могут быть обнаружены с помощью ультразвукового преобразователя.

Рис. 1. Полупроводниковые полимерные наночастицы могут использоваться для визуализации активных форм кислорода.

Несмотря на свою высокую эффективность, техника фотоаккустического отображения по-прежнему требует присутствия в организме контрастных агентов, т.к. лишь некоторые биологические молекулы, к примеру, гемоглобин или меланин, демонстрируют естественную контрастность на фотоаккустических снимках (в то время как большинство молекул не обеспечивают нужной контрастности). Хотя на сегодняшний день уже разработаны различные агенты, в том числе, низкомолекулярные красители, металлические наночастицы или углеродные нанотрубки, большинство из них не дает серьезного усиления фотоаккустического сигнала (многие также являются не очень стабильными при воздействии высокоэнергетических лазерных лучей).

В своей последней работе группа ученых из Stanford University (США) предложила использовать в качестве контраста пи-сопряженные полимеры. Такие полупроводниковые полимеры традиционно используются в качестве светоизлучающего слоя в органических светодиодах для преобразования электричества в свет или в качестве активного слоя в солнечных ячейках (наоборот, для преобразования солнечного света в электричество).

Как показали их исследования, эти вещества, сформированные в виде водорастворимых наночастиц, являются превосходными контрастными агентами для фотоаккустической визуализации отдельных молекул в естественных условиях, поскольку отлично поглощают свет в ближнем ИК-диапазоне. Поглощенная таким образом энергия рассеивается в виде тепла, обеспечивающего генерацию звуковых волн.

Результат применения подобных полимеров намного превосходит достижения самых лучших из известных фотоаккустических контрастных веществ – углеродных нанотрубок и золотых наностержней. Ученые также обнаружили, что исследованные ими вещества позволяют получить хороший сигнал за счет взаимодействия со специфическими химическими веществами, к примеру, активными формами кислорода, которые участвуют в возникновении и прогрессе многих патологий.

Главное достоинство предложенного контрастного агента в том, что т.к. полупроводниковые полимеры являются органическими веществами, они более биосовместимы, чем обычно используемые агенты (к примеру, металлические наночастицы или полупроводниковые квантовые точки). Кроме того, они более устойчивы к окислению и дольше сохраняют свои свойства при облучении лазерным светом. В итоге, на фоне неорганических наночастиц, они лучше подходят для длительного медицинского отображения.

В ближайшем будущем научная группа собирается адаптировать свою технику отображения для визуализации рака, добавив на поверхность наночастиц группы, обеспечивающие распознавание определенных опухолей. Такие модификации не изменят спектральных свойств наночастиц, но сделает их более эффективными в поиске определенных раковых клеток.

Подробная работа ученых опубликована в журнале Nature Nanotechnology.