Более чувствительная МРТ-диагностика благодаря инновационным "эластичным" контрастным агентам

Исследователи из Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP) разработали новый метод получения высококачественных изображений в магнитно-резонансной томографии (МРТ), требующий меньше контрастного вещества по сравнению с текущими методами. Это стало возможным благодаря использованию "эластичной" белковой структуры, способной саморегулируемо поглощать растворённый ксенон: чем больше количество этого благородного газа, тем выше качество изображения, без необходимости корректировать количество вводимого контрастного агента.

МРТ — незаменимый метод диагностики заболеваний, но он обладает низкой чувствительностью и требует высокой концентрации молекул для получения сигнала. Существующие контрастные средства на основе гадолиния не могут значительно повысить чувствительность, а их безопасность вызывает вопросы.

Исследователи под руководством доктора Лейфа Шрёдера уже некоторое время работают над созданием контрастных агентов на основе безвредного благородного газа ксенона. В сотрудничестве с учёными из California Institute of Technology (Caltech), поддержанном программой Human Frontiers Science Program (HFSP), они изучили новый класс контрастных агентов — газовые везикулы. Это полые белковые структуры, производимые некоторыми бактериями для регуляции плавучести.

В исследовании, опубликованном в ACS Nano, описано, как эти везикулы образуют идеальный контрастный агент: они могут "эластично" регулировать своё влияние на измеряемый ксенон. Белковые структуры имеют пористую стенку, через которую ксенон может протекать внутрь и наружу. В отличие от обычных контрастных средств, газовые везикулы всегда поглощают фиксированную долю ксенона, предоставляемого средой, то есть также и большие количества, если доступно больше Xe.

Это свойство можно использовать в МРТ-диагностике, поскольку для получения лучших изображений необходимо использовать больше ксенона. Концентрацию обычного контрастного вещества также пришлось бы корректировать, чтобы добиться изменения сигнала для всех атомов ксенона. Газовые везикулы же автоматически заполняются большим количеством ксенона, когда он предоставляется средой.

Доктор Шрёдер объясняет: "Они действуют как своего рода баллон, к которому подключён внешний насос. Если баллон 'надувается' атомами ксенона, поступающими в газовую везикулу, его размер не меняется, но давление увеличивается — подобно камере велосипедной шины".

Поскольку в везикулы попадает значительно больше ксенона, чем с обычными контрастными агентами, атомы ксенона после выхода из везикулы дают значительно изменённый сигнал. Таким образом, контраст изображения во много раз превышает фоновый шум, а качество изображения значительно улучшается.

Эти контрастные агенты можно использовать для выявления маркеров заболеваний, присутствующих в относительно низких концентрациях. В ходе дальнейшего сотрудничества две группы планируют протестировать эти контрастные агенты в первых исследованиях на животных. Вновь обнаруженное поведение будет решающим преимуществом для применения этих высокочувствительных контрастных агентов в живой ткани.

Команде доктора Шрёдера удалось получить первые МРТ-изображения с концентрацией частиц в миллион раз ниже, чем у контрастных агентов, используемых в настоящее время.