Наноограничение повышает безопасность диагностического контрастного вещества
Более семи лет назад Альберт Дж. Синусас, доктор медицины, и его команда инженеров случайно обнаружили, что при упаковке йода (контрастного агента для рентгеновской визуализации) в наночастицы происходит большее поглощение рентгеновских лучей, что потенциально улучшает видимость.
Исследовательская группа под руководством Йельского университета, включавшая Синусаса, Тарека Фахми и Донг-ина Кима, обнаружила, что при упаковке в наночастицы КТ-контрастные агенты, такие как йод, увеличивают поглощение рентгеновских лучей почти на порядок. Это улучшает чувствительность визуализации и характеристику заболеваний, а также потенциально снижает токсичность по сравнению с обычными контрастными агентами. Патент на эту концепцию был получен 26 января 2021 года.
Фахми пояснил: «Мы обнаружили, что "скопление" или кластеризация контрастных агентов на наномасштабе (несколько сотен нанометров) усиливает общую величину контраста нелинейным образом, усиливая рассеяние электромагнитных волн. Это не только эффект усиления рентгеновских лучей, но общий эффект для электромагнитных волн, включая оптические и радиоволны».
Наночастицы размером менее 200 нм, наполненные йодом, играют ключевую роль в компьютерной томографии (КТ). Однако КТ-сканирование связано с долгосрочным риском развития вторичных раков из-за ионизирующего излучения. Йодсодержащие соединения могут ухудшать функцию почек у пациентов с её нарушениями. Таким образом, улучшенная конфигурация этих агентов может позволить диагностическую визуализацию с меньшим излучением и более низкой концентрацией контраста, снижая общую токсичность.
При ограничении в наночастицах контрастный агент демонстрирует изменённые характеристики, которые усиливают КТ-контраст и улучшают визуализацию. Поглощается больше рентгеновских лучей, что снижает токсичность, связанную с высокими концентрациями этих агентов. Агенты создаются из молекул или полимеров, обеспечивающих длительную циркуляцию, минимальную сосудистую проницаемость и потенциально длительное время удержания в сердечной мышце для улучшения восстановления после повреждения.
Преимущества:
- Улучшенная чувствительность: Повышенное поглощение рентгеновских лучей улучшает обнаружение контраста, облегчая молекулярно-таргетную визуализацию.
- Снижение риска токсичности: Повышенная чувствительность позволяет использовать меньше йода, снижая токсичность.
- Интеграция с одобренными FDA наноматериалами: Включение йода в одобренные FDA полимеры повышает шансы на коммерциализацию.
Исследование диагностических и терапевтических возможностей медицинских сканеров
Синусас является автором более 250 публикаций и имеет несколько патентов в области мультимодальной кардиоваскулярной визуализации. 7 января 2020 года он получил патент на катетерную систему с выдвижной иглой для минимально инвазивного обнаружения молекулярно-таргетных радиофармпрепаратов для ПЭТ-сканирования. Эта технология может использоваться для доставки йодированных тераностических полимеров для предотвращения негативного ремоделирования после сердечного приступа.
Синусас и Джон Стендаль сейчас тестируют применение контрастных агентов на основе молекул для улучшения визуализации биоразлагаемых стентов и других технологий для раннего обнаружения заболеваний и контроля терапии.
Недавно Ким стал соавтором статьи, исследующей преимущества наноограничения. Рукопись «Nanoconfinement-mediated cancer theranostics» была опубликована 27 января в Archives of Pharmacal Research.