Наноразмерные полимеры для выявления рака груди
Фотоакустическая визуализация — это передовая методика обнаружения опухолей внутри живых клеток с помощью светопоглощающих соединений, известных как контрастные агенты. Исследователи A*STAR обнаружили способ улучшить эффективность нацеливания и оптическую активность контрастных агентов, специфичных к раку груди, с использованием наночастиц сопряженных полимеров.
Генерация фотоакустических сигналов требует облучения небольшого участка ткани сверхкоротким лазерным импульсом. Это запускает серию молекулярных колебаний, которые создают ультразвуковые волны в образце. «Прислушиваясь» к разнице давлений, создаваемой акустическими волнами, исследователи могут реконструировать и визуализировать внутренние структуры сложных объектов, таких как мозг и сердечно-сосудистая система.
Для диагностики рака с помощью фотоакустической визуализации требуются контрастные агенты, которые глубоко проникают в ткань и избирательно связываются со злокачественными клетками. Кроме того, им необходим высокий оптический отклик на лазерный свет ближнего инфракрасного диапазона, который особенно безопасен для биологических материалов. Традиционные контрастные агенты были основаны на наноструктурах золота и серебра, но сложные химические процедуры, необходимые для оптической настройки этих нанокомпозитов, заставили исследователей искать альтернативы.
Малини Оливо и ее коллеги из A*STAR Singapore Bioimaging Consortium и A*STAR Institute of Materials Research and Engineering исследовали различные контрастные агенты на основе сопряженных полимеров. Эти органические макромолекулы, содержащие чередующиеся двойные и одинарные углеродные связи, имеют делокализованные электроны в своей структуре, которые могут создавать полезные оптические свойства, такие как фотолюминесценция. Исследователи идентифицировали сопряженный полимер PFTTQ — соединение с множеством ароматических колец, алкильными цепями, атомами серы и азота — как многообещающий агент для in vivo фотоакустической визуализации благодаря его биосовместимой структуре и пику поглощения света в ближнем инфракрасном диапазоне.
Чтобы направить этот контрастный агент к раковым клеткам, команда синтезировала наноструктуры в виде «точек» с внутренним ядром из PFTTQ, окруженным водорастворимыми цепями полиэтиленгликоля, заканчивающимися внешним слоем молекул фолата — витамина, который специфически связывается с белками рецепторов фолата, обычно экспрессируемыми опухолями рака груди. Эксперименты с модельными клетками рака груди MCF-7, имплантированными мышам, показали преимущества этого подхода: уже через час после введения точек сопряженного полимера с фолатом сильные фотоакустические сигналы появились в местах расположения опухолей. Функциональность фолата сыграла критическую роль в этой процедуре биоимиджинга, увеличив фотоакустические сигналы в четыре раза по сравнению с немодифицированными точками PFTTQ.
«Наночастицы фолат–PFTTQ имеют большой потенциал для диагностической визуализации и других биомедицинских применений», — говорит Оливо. «Мы работаем над расширением библиотеки биосовместимых полимеров для использования в качестве молекулярных фотоакустических контрастных агентов».