Наночастицы делают раковые клетки видимыми

Команда учёных под руководством С. Бхатии из Бостона разработала метод обнаружения опухолей и метастазов с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ). В основе метода — использование наночастиц Fe3O4, которые становятся видимыми в МРТ при воздействии опухолеспецифичного фермента.

Принцип работы МРТ

МРТ основана на свойствах протонов (ядер водорода) в молекулах воды и жира, из которых в основном состоит органическая ткань. В магнитном поле протоны выстраиваются и вращаются с определённой частотой. Электромагнитные волны резонансной частоты нарушают это выравнивание. После отключения волн протоны возвращаются в исходное состояние, излучая сигнал, который детектируется и позволяет построить 3D-изображение тканей.

Дизайн наночастиц

Для прицельной визуализации опухоли учёные создали наночастицы Fe3O4, магнитные свойства которых меняются при агрегации в крупные комплексы. Агрегация контролируется системой «биотин–нейтравидин», которая выступает в роли «клея».

  • Половина наночастиц покрыта биотином, другая половина — нейтравидином.
  • К этим молекулам присоединены длинные цепи полиэтиленгликоля (PEG), которые предотвращают преждевременную агрегацию частиц.
  • PEG-цепи закреплены на частице с помощью пептида, содержащего сайт расщепления для опухолеспецифичного фермента — матриксной металлопротеиназы-2 (MMP-2).

Механизм активации в опухоли

MMP-2 в высокой концентрации присутствует в микроокружении раковых клеток. При попадании наночастиц в область опухоли:

  1. MMP-2 расщепляет пептидную связь.
  2. PEG-цепи отделяются от наночастиц.
  3. Система «биотин–нейтравидин» вступает в действие, вызывая агрегацию частиц Fe3O4.
  4. Агрегация изменяет магнитные свойства частиц, что делает опухоль видимой на МРТ-изображении с высокой контрастностью и специфичностью.

Ссылка на исследование: Proteolytic Actuation of Nanoparticle Self-Assembly, Angewandte Chemie International Edition 2006, 45, No. 19, 3161–3165, doi: 10.1002/anie.200600259