Металл-свободные наночастицы могут расширить применение МРТ и обнаружение опухолей

Новорожденные и люди с проблемами почек сталкиваются с общим риском: им может быть опасно введение металл-содержащих контрастных агентов, необходимых для улучшения диагностической ценности МРТ.

Новые металл-свободные наночастицы, разработанные Университетом Небраски-Линкольна и MIT, могут помочь обойти эти ограничения. Наночастица содержит неметаллическую молекулу, усиливающую контраст МРТ для различения тканей — задачу, которую обычно выполняют агенты с гадолинием.

Наночастица также достаточно долго сохранялась в организме мышей, чтобы накапливаться вокруг опухолей. Это позволяет предположить, что она может помочь в обнаружении рака, как и её металлические аналоги, но без риска долгосрочного накопления металла в организме.

Контрастные подходы

Молекулы в наночастице принадлежат к семейству нитроксидов — одних из самых перспективных альтернатив металлическим агентам. Однако антиоксиданты в организме обычно начинают разрушать нитроксиды в течение минут, ограничивая время усиления контраста.

Гадолиний обладает множеством электронов, влияющих на взаимодействие магнитных волн МРТ с молекулами воды в тканях. Это магнитное влияние, или релаксивность, определяет силу контрастного сигнала.

Химик Анджей Райча и коллеги из MIT разработали металл-свободную наночастицу со стабильностью и релаксивностью, сопоставимой с гадолинием. Исследователи MIT включили нитроксид Райчи в крупную наночастицу — brush-arm star polymer. Полимеры собрали в сферическую структуру с гидрофильным ядром и гидрофобной оболочкой, поместив множество молекул нитроксида между ними.

Плотная упаковка множества нитроксидов в тесном пространстве эффективно умножила их индивидуальные значения релаксивности. В результате наночастица показала релаксивность примерно в 40 раз выше, чем у типичного нитроксида.

Полимерная оболочка также замедлила действие антиоксидантов, увеличив время жизни нитроксидов примерно с 2 часов до 20. Инъекции мышам показали, что долговечность и большой размер наночастицы позволяют ей достигать опухолей и отличать их от нормальной ткани. Даже в дозах, превышающих типичные для МРТ, контрастный агент не показал признаков токсичности для человеческих клеток или мышей.

Исследование опубликовано в журнале ACS Central Science.