Контрастный агент для диагностики опухолей: фосфоресцирующие металлоорганические координационные полимеры для оптической визуализации

Видимый и особенно инфракрасный свет, помимо рентгеновских лучей, также можно использовать для визуализации тканей человека. Эффективность методов оптической визуализации можно значительно повысить с помощью подходящих красителей, используемых в качестве контрастных агентов. В журнале Angewandte Chemie команда под руководством Вэньбина Линя из Университета Северной Каролины представила новый контрастный агент, маркирующий опухолевые клетки in vitro. Это фосфоресцирующий комплекс рутения, включённый в наночастицы металлоорганического координационного полимера, что позволяет достичь исключительно высокой степени загрузки красителя.

Флуоресцентные красители накапливаются в разных типах тканей в различных количествах. Такие контрастные агенты позволяют с помощью оптической визуализации отличать здоровую ткань от опухолевой. Однако метод ограничен тем, что для получения достаточно сильной флуоресценции требуются очень высокие концентрации красителя. Органические молекулы красителя, упакованные в высоких концентрациях в нанокапсулы, имеют тенденцию гасить флуоресценцию друг друга. Более ярко флуоресцирующие материалы, такие как квантовые точки, часто не биосовместимы.

Команда разработала альтернативу: металлокомплексы, соединённые в решётчатые координационные полимеры. Координационные полимеры — это металлоорганические структуры, состоящие из ионов металлов (соединительных узлов), связанных мостиками из органических молекул или координационных комплексов. Учёные создали такие полимеры, где мостиками служили светоизлучающие комплексы металла рутения. В качестве соединительных узлов хорошо подошли ионы циркония. Эти крошечные структуры образуют сферические наночастицы.

Комплексы рутения не флуоресцируют, а фосфоресцируют, то есть излучают свет пропорционально долгое время после облучения светом. Поскольку они не помещены внутрь нанотранспортного контейнера, а являются компонентом самой наночастицы, можно достичь очень высокой степени загрузки красителя — в данном случае более 50 %. Гашение фосфоресценции при высоких концентрациях в таких комплексах не происходит.

Чтобы предотвратить быстрое растворение светящихся частиц и повысить биосовместимость, их покрыли тонкими слоями диоксида кремния и слоем полиэтиленгликоля. Последний служит якорем для анисамида — молекулы, которая специфически связывается с рецепторами, гораздо более распространёнными на поверхности многих типов опухолевых клеток, чем на здоровых.

В клеточной культуре удалось селективно пометить линию раковых клеток фосфоресцирующими наночастицами. Исследователи надеются, что на основе этих новых металлоорганических наноматериалов можно будет разработать контрастные агенты для использования оптической визуализации при обнаружении опухолей.