Учёные из Сколтеха и их коллеги синтезировали и испытали препарат на основе белково-полимерных микропузырьков для повышения качества УЗИ внутренних органов. Микропузырьки работают как контрастный агент, делая изображение более чётким. В России подобных препаратов не делают, и даже зарубежные аналоги уступают новым микропузырькам по времени циркуляции: препарат дольше остаётся в кровотоке, что даёт врачу дополнительные минуты для исследования. В некоторых случаях УЗИ с повышенным контрастом сможет заменить компьютерную и магнитно-резонансную томографию, которые дороже и имеют больше побочных эффектов. Исследование опубликовано в журнале Biomaterials Advances.

Ультразвуковое исследование — это недорогой и безвредный для организма способ медицинской диагностики на оборудовании, которое есть в каждой клинике. Однако точность результатов невысока и сильно зависит от оператора. Исправить это помогают контрастные агенты для УЗИ. Их использование позволяет значительно увеличить качество визуализации внутренних органов, таких как сердце, мозг или печень.

Использование других методов диагностики, таких как компьютерная и магнитно-резонансная томография, не всегда возможно из-за дороговизны, нехватки оборудования, токсичности контрастных агентов для КТ и МРТ, а также лучевой нагрузки в случае КТ. УЗИ с контрастом может применяться для диагностики широкого спектра заболеваний печени, почек, сердца и сосудов, женской репродуктивной системы.

Контрастные агенты для УЗИ представляют собой препараты в форме микропузырьков, оболочка которых может состоять из белков, липидов или полимеров. Преимущество белков — лучшее качество визуализации, а липидов и полимеров — более долгая циркуляция в крови пациента, то есть дополнительные минуты на диагностику. Однако современные препараты недоступны в России, и даже они не всегда имеют достаточное время циркуляции. В условиях нехватки таких агентов в стране остро встал вопрос разработки новых подходов.

Аспирант Татьяна Естифеева, научный сотрудник Полина Рудаковская и профессор Дмитрий Горин из Центра фотоники и фотонных технологий Сколтеха и их коллеги из других институтов впервые «скрестили» белок альбумин с сополимером и получили 100 вариантов микропузырьков для УЗИ, из которых отобрали наиболее эффективный гибридный контрастный агент и испытали его на крысе, получив визуализацию бьющегося сердца животного. Эксперименты включали многоступенчатую проверку: оценку размера и концентрации микропузырьков, а также их акустического отклика сначала на фантомах, а затем на животных.

По сравнению с белковым агентом без добавления сополимера гибридные пузырьки показали заметное улучшение обеих основных характеристик: контрастности изображения и времени циркуляции в кровотоке (оно увеличилось в полтора-два раза).

Чтобы создать новый контрастный агент, учёные использовали альбумин — белок, который часто применяется в лекарствах, в том числе для формирования микропузырьков, — и добавили к нему биосовместимые полимеры. Было создано 100 комбинаций с разным типом полимера и его содержанием в смеси: от 2% полимера до почти 50%. Задача заключалась в том, чтобы найти состав, обеспечивающий оптимальное сочетание устойчивости пузырьков, их концентрации и отклика на ультразвук.

На первом этапе исключили варианты, из которых не получалось сформировать стабильные пузырьки. Те, что остались, проверяли на фантоме, имитирующем кровеносный сосуд, измеряя их размер, концентрацию и акустический отклик. В результате выявили один ведущий гибридный состав, который сравнили с пузырьками на основе чистого альбумина и контрольной группой с физраствором.

Для проверки лучшего образца в хвостовую вену крысы вводили препараты, после чего с помощью ультразвука исследовали сердце. Результаты оказались впечатляющими: без контраста изображение почти не содержало деталей, с чисто белковым агентом были видны только желудочки, а гибридный агент позволил увидеть всё четырехкамерное сердце целиком. Причём яркий контраст длился до 7 минут (у стандартных препаратов — 3 минуты).

Исследователи также предполагают, что новый агент может стать полезным инструментом для диагностики бесплодия у женщин и исследований сосудов мозга благодаря высокой контрастности, хотя для этих направлений потребуется дополнительная работа.

Исследование поддержано грантом РНФ № 21-73-10254.