Наночастицы для одновременной МРТ и флуоресцентной визуализации могут отслеживать рак и другие заболевания

Химики MIT разработали новые наночастицы, способные одновременно выполнять магнитно-резонансную томографию (МРТ) и флуоресцентную визуализацию в живых организмах. Такие частицы могут помочь учёным отслеживать специфические молекулы, производимые в теле, мониторить среду опухоли или определять, успешно ли лекарства достигли своих мишеней.

В статье, опубликованной 18 ноября в Nature Communications, исследователи продемонстрировали использование частиц, несущих отдельные сенсоры для флуоресценции и МРТ, для отслеживания витамина C у мышей. Там, где высокая концентрация витамина C, частицы показывают сильный флуоресцентный сигнал, но низкий контраст МРТ. Если витамина C мало, виден более сильный сигнал МРТ, но флуоресценция очень слабая.

Будущие версии частиц можно будет настроить для обнаружения активных форм кислорода, часто коррелирующих с болезнями, или для детекции более одной молекулы одновременно.

Двойное действие

Исследователи сконструировали частицы так, чтобы их можно было собирать из строительных блоков — полимерных цепей, несущих либо органический МРТ-контрастный агент нитроксид, либо флуоресцентную молекулу Cy5.5.

При смешивании в нужном соотношении эти блоки соединяются, образуя специфическую наноразмерную структуру — разветвлённый "полимер-щёточку". Для этого исследования они создали частицы, в которых 99% цепей несут нитроксиды, а 1% — Cy5.5.

Нитроксиды подавляют флуоресценцию Cy5.5, но когда нитроксиды сталкиваются с такой молекулой, как витамин C, от которой они могут захватить электроны, они инактивируются, и Cy5.5 флуоресцирует.

Нитроксиды обычно имеют очень короткий период полураспада в живых системах, но было обнаружено, что его можно продлить, присоединив к ним две объёмные структуры. Более того, включение этого модифицированного нитроксида в архитектуру полимера приводит к ещё большему улучшению времени жизни нитроксида. С этими модификациями нитроксиды могут циркулировать в кровотоке мыши несколько часов — достаточно для получения полезных МРТ-изображений.

Исследователи обнаружили, что их частицы накапливаются в печени. Печень мыши производит витамин C, поэтому, попав в неё, частицы захватывают электроны от витамина C, выключая сигнал МРТ и усиливая флуоресценцию. Они также не обнаружили сигнала МРТ, но нашли небольшое количество флуоресценции в мозге, куда поступает большая часть витамина C из печени. В крови и почках, где концентрация витамина C низка, контраст МРТ был максимальным.

Комбинирование и подбор

Исследователи работают над усилением разницы сигналов при встрече сенсора с целевой молекулой. Они также создали наночастицы, несущие флуоресцентный агент и до трёх различных лекарств, что позволяет отслеживать доставку наночастиц в целевые локации.

Эти частицы также можно использовать для оценки уровня кислородных радикалов в опухоли пациента, что может раскрыть ценную информацию об её агрессивности.