Новый контрастный агент для МРТ на основе наночастиц, зависящий от pH

Новый тип контрастного агента для МРТ на основе наночастиц демонстрирует селективность к опухолевым клеткам по сравнению со здоровыми, может обнаруживать гипоксию и обладает достаточной чувствительностью для выявления труднонаходимых раковых клеток, как сообщается в исследовании в Nature Nanotechnology.

Исследователи разработали контрастный агент из наночастиц на основе фосфата кальция (CaP), которые высвобождают ионы марганца (Mn2+) в кислой среде. Затем ионы марганца связываются с белками, обеспечивая более сильный и долговременный контрастный сигнал по сравнению с одобренными клиническими альтернативами. Наночастицы также функционализированы оболочкой из полиэтиленгликоля (PEG), способствующей прикреплению к раковой клетке.

Принцип работы и преимущества

  • Контрастный агент CaPMnPEG стабилен при физиологическом pH (7.4), высвобождая лишь 8% ионов Mn2+.
  • В условиях, имитирующих микроокружение опухоли (низкий pH), высвобождение значительно ускоряется: 36% за 4 часа при pH 6.7, 71% при pH 6.5 и >90% при pH 5.
  • Связывание высвобожденных ионов Mn2+ с белками (например, с альбумином сыворотки человека, HSA) в кислой среде приводит к значительному усилению сигнала за счет увеличения молекулярной релаксивности иона.

Результаты in vivo

  • Токсичность: Благодаря удержанию Mn2+ в матрице наночастиц при нормальном pH, CaPMnPEG показал значительно меньшую токсичность по сравнению с MnCl2.
  • Контрастность: В солидных опухолях отношение сигнала "опухоль/норма" составило 131% через 30 минут, 160% через час и оставалось на уровне ~170% в течение нескольких часов, что значительно выше, чем у клинического агента Gd-DTPA.
  • Визуализация: 3D-МРТ показала, что после введения CaPMnPEG опухоль становится легко отличимой, в то время как без него видны только кровеносные сосуды.
  • Обнаружение гипоксии: Более яркие области контрастирования внутри опухоли коррелировали с зонами гипоксии, что позволяет неинвазивно и с высоким разрешением выявлять эти области.
  • Чувствительность: В модели метастатического рака печени (клетки рака толстой кишки C26) агент успешно обнаруживал микрометастазы размером в несколько миллиметров, усиливая сигнал на 25% через час и на 39% через два часа после инъекции.

Этот новый контрастный агент открывает перспективы для лучшего обнаружения и диагностики опухолей, а также для мониторинга других заболеваний, связанных с изменением pH.