Учёные 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.

Исследователи ввели мыши препарат посредством инъекции в хвостовую вену и подтвердили повышение контраста УЗИ, МРТ и оптоакустической визуализации.

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.

На схеме слева и снимке со сканирующего электронного микроскопа справа — нанокапля перфторпентана (PFP), нагруженная наночастицами магнетита (Fe3O4) и красителем индоцианином зелёным (ICG). Белок альбумин из бычьей сыворотки (BSA) и дубильная кислота (TA) используются для стабилизации пузырька, а PSS и pArg — отрицательно и положительно заряженные полимеры, необходимые для работы метода послойного осаждения (LbL). Аббревиатуры OA, MRI и US обозначают три метода визуализации, оптоакустику, МРТ и УЗИ соответственно.