Золотые «нанозонды» для отслеживания кровотока в мельчайших сосудах

Ученые разработали золотые наночастицы размером не более 100 нанометров, которые можно покрыть специальным слоем и использовать для отслеживания кровотока в самых мелких кровеносных сосудах организма.

Эти нанозонды могут помочь в ранней диагностике заболеваний, улучшив наше понимание кровотока in vivo.

Световая микроскопия — это быстро развивающаяся область для изучения in vivo систем, где требуется высокое разрешение. Это особенно важно для исследований сердечно-сосудистой системы, где клинические исследования основаны на ультразвуковых технологиях, которые по своей природе имеют более низкое разрешение и предоставляют ограниченную информацию.

Возможность мониторинга кровотока в сложной сосудистой сети (особенно в мельчайших элементах микроциркуляторного русла — капиллярах) может дать бесценную информацию для понимания таких патологических процессов, как тромбоз и сосудистое воспаление. Существуют и другие применения, например, для улучшения доставки терапевтических средств, таких как таргетинг на опухоли.

В настоящее время кровоток в микроциркуляторном русле изучен плохо. Нанонаука занимает уникальное положение для понимания процессов, происходящих в сосудах микронного размера.

Создание зондов для мониторинга кровотока является сложной задачей из-за среды: высокий уровень белков в плазме и высокая концентрация эритроцитов вредны для оптической визуализации.

Обычные методы полагаются на окрашивание эритроцитов с использованием органических красителей с коротким сроком службы из-за фотообесцвечивания в качестве маркера для отслеживания. Относительно большой размер эритроцитов (7-8 микрометров), которые, по сути, и являются зондами, ограничивает разрешение при визуализации и анализе динамики потока в самых мелких сосудах, которые имеют схожую ширину.

Следовательно, для получения более детального разрешения и информации о кровотоке в микроциркуляторном русле требуются еще более мелкие зонды.

В статье, опубликованной в журнале Nanomedicine, сообщается о методе приготовления покрытых иридием золотых наночастиц в качестве люминесцентных зондов для оптической визуализации в крови.

Профессор Зои Пикрамену из Школы химии Бирмингемского университета пояснила: «Ключ к этим наночастицам, покрытым иридием, заключается как в их малом размере, так и в характерных люминесцентных свойствах. Иридий дает люминесцентный сигнал в видимой области спектра, обеспечивая оптическое окно, которое можно детектировать в крови. Он также имеет большее время жизни по сравнению с органическими флуорофорами, в то время как крошечные золотые частицы идеально подходят для отслеживания потока и четкого обнаружения в тканях».

Команде удалось стабилизировать водорастворимые золотые наночастицы, покрытые люминесцентными зондами на основе иридия, размером до 100 нанометров, используя поверхностно-активное покрытие.

Профессор Джерард Нэш из Института сердечно-сосудистых наук Бирмингемского университета добавил: «Размер в 100 нанометров идеален для того, чтобы не нарушать поток, но при этом оставаться обнаруживаемым с помощью высокоразрешающей визуализации на обычных микроскопах. Эти наночастицы можно использовать в качестве трекеров для обнаружения в субмиллиметровых каналах размером, аналогичным многим микрососудам, с более высоким разрешением, чем у флуоресцентно окрашенных клеток крови».

Профессор Стюарт Эггинтон отметил: «Наночастицы попадают в кровоток и могут быть четко визуализированы с помощью флуоресценции в различных органах, в то время как сигнал от золота можно легко количественно определить с помощью других методов».

Теперь команда планирует разработать наночастицы для обеспечения целевой доставки внутри организма и исследовать потенциал для визуализации in vivo с использованием зондов ближнего инфракрасного диапазона.