Российские ученые разработали универсальное контрастное вещество, которое можно использовать сразу для нескольких видов диагностических исследований, включая УЗИ и МРТ. Применение препарата позволит повысить качество диагностики за счет более высокой чувствительности и разрешающей способности изображения. Благодаря разработке можно также снизить необходимое количество инъекций и дозу контрастного агента, а значит, уменьшить его негативное воздействие на организм пациента. В перспективе вещество может стать основой для диагностики и лечения болезней мозга. По словам медиков, создание контрастных средств, снижающих токсичную нагрузку на больного, важно для клинической медицины.
Один для трех
Ученые Сколтеха вместе с коллегами из Швейцарии и Китая разработали универсальный контрастный агент, который можно использовать для проведения сразу трех видов диагностических исследований: УЗИ, МРТ, а также нового оптоакустического метода. Препарат делает диагностику быстрее и точнее, потому что увеличивает чувствительность и разрешающую способность изображения. Он также снижает стоимость исследования и уменьшает необходимое количество инъекций и дозу.
Универсальный контрастный агент представляет собой нанокапли, на которые методом послойного осаждения из раствора нанесены краситель индоцианин зеленый и частицы оксида железа — магнетита. Краситель поглощает свет и излучает звуковые волны, что можно использовать для оптоакустики. А магнетит усиливает контраст при проведении МРТ. Благодаря своей форме более стабильные нанокапли отлично заменяют пузырьки газа, необходимые для УЗИ.
— У разных методов визуализации есть свои преимущества, и в сочетании они будут дополнять друг друга: чувствительность и разрешение изображения будут выше. Кроме того, уменьшается инвазивность, поскольку вместо трех инъекций нужна только одна. Еще одно преимущество: известно, что с микропузырьками и наночастицы магнетита, и индоцианин зеленый, входящие в состав препарата, дольше не выводятся из кровотока, а это — дополнительное время для формирования качественной картинки, — сказал один из авторов исследования, выпускник магистратуры Сколтеха Даниил Ноздрюхин.
По словам ученых, сейчас для каждого типа исследований приходится использовать свой контрастный агент. Так, для МРТ применяется препарат западного производства «Гадовист» на основе гадолиния — тяжелого редкоземельного металла. Однако составляющие этого средства могут накапливаться в головном мозге и вызывать осложнения. При проведении УЗИ применяют гексафторид серы в форме пузырьков газа. По сравнению с ними разработка московских специалистов гораздо более устойчива, то есть ее капельки дольше не лопаются, что продлевает время действия вещества после инъекции.
Сегодня во всем мире в качестве дополнения к ультразвуковой диагностике внедряют оптоакустические исследования. Они основаны на эффекте, открытом изобретателем телефона Александром Беллом еще в 1880 году. Он заключается в том, что, воздействуя на объект светом, можно вызвать акустические колебания. С их помощью можно определять химический состава предмета исследования, что дает массу полезной информации медикам. Препарат от Сколтеха можно использовать и для этого вида диагностики.
Научная группа провела эксперимент на мышах, который подтвердил, что новые микропузырьки действительно повышают контрастность визуализации всеми тремя методами, а исследование на токсичность подтвердило биосовместимость препарата.
Преодолеть барьер
По словам разработчиков, созданное ими вещество можно использовать и для диагностических исследований, а в перспективе для лечения головного мозга. Доставка любых препаратов в этот орган представляет определенную проблему, так как между кровеносной и центральной нервной системами существует так называемый гематоэнцефалический барьер — система, осуществляющая активное взаимодействие между кровотоком и ЦНС.
Он пропускает в мозг кислород, питательные и другие необходимые вещества, но останавливает токсины и большинство лекарств, в том числе контрастные агенты. Барьер можно на время открыть, если создать в кровеносном русле пузырьки при помощи ультразвука, но это вредно для окружающих тканей. При использовании нанокапель можно заметно снизить интенсивность этого воздействия, а значит, и ущерб для организма.
— Поскольку в нашем случае агент сочетает в себе чувствительные к ультразвуку нанокапли для открытия гематоэнцефалического барьера и контрастные вещества для МРТ и оптоакустической визуализации, для исследования мозга будет достаточно одной инъекции, причем контрастный эффект будет сохраняться дольше. Более того, капельки с жидким ядром выдерживают более продолжительное воздействие ультразвука, не лопаясь, по сравнению с газовыми пузырьками, поэтому можно держать барьер открытым дольше и снизить дозировку, — пояснила один из авторов научной статьи, выпускница магистратуры Сколтеха Елизавета Максимова.
Все контрастные агенты достаточно токсичны, пояснила директор Института биологии и биомедицины ННГУ Мария Ведунова. Если пациент здоров, то применение этого вещества никак ему не повредит, но если у человека нарушены функции печени или почек, то использование контрастного вещества становится проблемой. Необходимо тщательно следить насколько правильно он выводится и не нанесен ли вред организму.
— Они стимулируют аллергические реакции, хотя сами по себе они не аллергены. Появление любого препарата, который приводит к меньшей токсичности и нагрузке на организм и иммунную систему, очень значимо для клинической медицины, — сказала Мария Ведунова.
По словам руководителя исследования, заведующего Лабораторией биофотоники Сколтеха профессора Дмитрия Горина, метод послойного нанесения, которым получены нанокапли, вполне позволяет загрузить на них лекарство. Это делает возможной, например, малоинвазивную терапию глиобластомы (самой частой и агрессивной формы рака мозга) при поддержке МРТ.