Золотые нанотрубки как контрастный агент для обнаружения опухолевых клеток и картирования лимфатических узлов

Исследователи из Университета Арканзаса и Медицинского научного университета Арканзаса разработали специальный контрастный агент для визуализации, способный к молекулярному картированию лимфатических эндотелиальных клеток и обнаружению метастазов рака в сторожевых лимфатических узлах. Новый материал может стать более эффективной и менее токсичной альтернативой наночастицам и флуоресцентным меткам, используемым для неинвазивного таргетного молекулярного обнаружения как нормальных (например, иммунных), так и аномальных (раковых, бактериальных) клеток. Результаты опубликованы в Nature Nanotechnology.

Ученые под руководством Цзинь-Ву Кима и Владимира П. Жарова работали с углеродными нанотрубками и золотом. Ранее они показали, что углеродные нанотрубки перспективны как контрастные агенты для фотоакустического обнаружения и фототермического уничтожения отдельных бактерий в кровотоке. Однако их использование в качестве агента для визуализации было ограничено из-за опасений по поводу токсичности.

Группа Кима решила эту проблему, нанеся тонкий слой золота на углеродные нанотрубки. Золотой слой усилил поглощение лазерного излучения и снизил токсичность. In vitro тесты показали лишь минимальную токсичность золотых нанотрубок. По сравнению с существующими наночастицами, они также продемонстрировали высокое лазерное поглощение при микроскопическом диаметре. Для их детекции требовались крайне низкие уровни лазерной энергии, а для эффективной диагностики и терапии — низкие концентрации.

Процесс синтеза прост, недорог и экологичен: реакция углеродных нанотрубок с хлоридом золота происходит в воде при комнатной температуре без дополнительных химикатов или нагрева.

В новом исследовании золотые нанотрубки использовали как контрастные агенты с передовыми методами визуализации для решения сложной биомедицинской задачи — обнаружения раковых клеток в лимфатической системе, ответственной за процесс метастазирования.

Ученые связали нанотрубки с антителом, специфичным к критическому рецептору лимфатического эндотелия LYVE-1. Это позволило картировать лимфатические эндотелиальные клетки, выстилающие внутреннюю поверхность лимфатических сосудов. Эти клетки напрямую контактируют с иммунными клетками, опухолевыми клетками и бактериями, попадающими в лимфатическую систему.

Команда Жарова и Екатерины Галанжи успешно продемонстрировала уникальную способность золотых нанотрубок для интегрированной диагностики и терапии на уровне единичной клетки. Это включает таргетное картирование лимфатической системы и уничтожение микрометастазов рака в критически важных сторожевых лимфатических узлах — первых узлах, которых достигают метастазирующие клетки из первичной опухоли.

Большая площадь поверхности золотых нанотрубок позволяет проводить биоконъюгацию с несколькими биомаркерами одновременно. Поглощение можно настроить для многоцветного таргетирования, поскольку размер нанотрубок легко меняется путем модуляции длины и диаметра ядра и толщины золотого слоя. Это может увеличить процент обнаруживаемых клеток в целевой популяции и позволить одновременно детектировать несколько мишеней. Кроме того, полое ядро нанотрубок может нести терапевтические агенты (лекарства, магнитные материалы, этанол и др.) для усиления лечебного эффекта.