Пептидные покрытия улучшают частицы на основе оксида железа для диагностической магнитно-резонансной томографии
Рак станет легче обнаруживать и диагностировать на ранней стадии с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ) благодаря исследователям A*STAR, которые создали биосовместимые наночастицы оксида железа в качестве контрастных агентов¹.
Хотя соединения на основе гадолиния доказали свою эффективность в качестве контрастных агентов для улучшения соотношения сигнал/шум при МРТ, они могут вызывать побочные эффекты, такие как нефрогенный системный фиброз, который может поражать пациентов со сниженной функцией почек. Наночастицы оксида железа стали альтернативой с низким уровнем риска. Однако в сложных биологических средах эти наночастицы склонны к деградации, агрегации и адгезии к другим веществам, что снижает их магнитную активность.
Чтобы смягчить эту проблему, команда под руководством Дэвида Парамеля из Института исследований и инженерии материалов A*STAR разработала пептидные покрытия, которые предотвращают разложение и агрегацию наночастиц, одновременно обеспечивая биосовместимость. Эти покрытия имеют решающее значение для перехода контрастных агентов на основе оксида железа в клиническое применение.
Опираясь на свой обширный опыт работы с пептидными покрытиями для серебряных и золотых наночастиц, исследователи создали библиотеку коротких пептидов и нанесли эти соединения на наночастицы оксида железа, получив различные однослойные пленки. Они также синтезировали аналогичные лиганды, чтобы заполнить любые промежутки между пептидами на поверхности наночастиц и создать смешанные покрытия.
Каждый пептид состоял из стержня, соединенного с «ножкой» и «головкой» на каждом конце. В то время как ножка закрепляла пептид на наночастицах, головка с гидроксильной функциональной группой стабилизировала наночастицы и предотвращала нежелательные взаимодействия с окружающей средой.
«Сложной частью было найти ножку с высокой силой связывания», — пояснил Парамель, поскольку наночастицы оксида железа демонстрировали другую химию, несмотря на их сферическую геометрию и размер, схожие с золотыми и серебряными наночастицами.
«Чтобы разработать пептиды, нам пришлось вернуться к чертежной доске», — говорит Парамель, отмечая, что переход от благородных металлов, которые предпочтительно связываются с серосодержащими молекулами, к оксиду железа расширил диапазон функциональных групп, служащих ножкой, включив фосфаты и карбоновые кислоты.
С помощью все более строгих тестов исследователи оценили способность каждой пленки стабилизировать наночастицы в биологических условиях, сохраняя при этом их магнитные свойства. Они обнаружили, что пептиды и лиганды, несущие две фосфатные группы в ножке, показали наилучшие результаты в присутствии клеток рака печени. Наночастицы с пептидным покрытием превзошли коммерчески доступные контрастные агенты, не разрушая клетки in vitro, и значительно усилили контраст между опухолевой и здоровой тканью во время МРТ in vivo при введении мышам с раком печени.
Команда Парамеля изучает способы расширения применения своей системы на другие виды рака, особенно рак молочной железы. «Мы планируем функционализировать наночастицы антителами и контролировать количество этих антител на поверхности наночастиц», — говорит он.