Новый тип контрастного вещества для МРТ заполняется безвредным ксеноном благородного газа в соответствии с законом идеального газа и, таким образом, создает лучший контраст по сравнению с обычными контрастными веществами. Фото: Визуализация: Барт ван Россум

Исследователи из Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP) нашли новый метод получения высококачественных изображений в магнитно-резонансной томографии (МРТ), для которого требуется менее контрастная среда по сравнению с современными методами. Это стало возможным благодаря использованию «эластичной» белковой структуры, которая может саморегулироваться поглощать растворенный ксенон: чем больше количество этого благородного газа, тем выше качество изображения без необходимости регулировать контрастность среда применяется.

В настоящее время магнитно-резонансная томография (МРТ) является незаменимым методом диагностики заболеваний и контроля за ходом лечения. Он создает в разрезе изображения человеческого тела без использования каких-либо вредных излучений. Как правило, молекулы воды в ткани подвергаются воздействию сильного магнитного поля. Однако МРТ очень нечувствителен и нуждается в высокой концентрации молекул для поглощения полезного сигнала. Контрастные среды часто используются для улучшения диагностики с целью более четкого выявления специфических изменений, таких как опухоли. Однако даже с этими контрастными средами чувствительность МРТ не может быть значительно повышена, и многие маркеры, известные из клеточной биологии, не могут быть обнаружены во время визуализации. Помимо этого, безопасность некоторых контрастных веществ, содержащих элемент гадолиния, в настоящее время является предметом все большего обсуждения. «Нам нужны новые, усовершенствованные методы, в которых как можно меньше контрастного вещества влияет на как можно большее количество вещества, передающего сигнал, как правило, воды», – говорит исследователь FMP доктор Лейф Шредер. Теперь он и его команда достигли важного прорыва.

В течение некоторого времени исследователи работали над созданием контрастных веществ на основе ксенона, безвредного благородного газа. Группа использует процесс с мощными лазерами, в котором ксенон искусственно намагничивается, а затем – даже в небольших количествах – генерирует измеримые сигналы. Чтобы обнаружить специфические клеточные маркеры заболевания, ксенон должен быть связан с ними в течение короткого времени. В сотрудничестве с учеными из Калифорнийского технологического института (Caltech), финансируемого Научной программой Human Frontiers Science (HFSP), доктор Лейф Шредер и его команда изучили новый класс контрастных веществ, которые обратимо связывают ксенон. Это полые белковые структуры, продуцируемые определенными бактериями, чтобы регулировать глубину, на которой они плавают в воде, подобно миниатюрному плавательному пузырю у рыб, но в нанометровом масштабе. Исследовательская группа во главе с партнером по сотрудничеству Михаилом Шапиро из Калифорнийского технологического института представила эти так называемые «газовые пузырьки» некоторое время назад в качестве контрастного вещества MR. Однако еще не было известно, насколько хорошо они могут быть «заряжены» ксеноном.

В исследовании, опубликованном в ACS Nano , обе группы теперь описывают, как эти пузырьки образуют идеальную контрастную среду: они могут «упруго» регулировать свое влияние на измеряемый ксенон. «Белковые структуры имеют структуру пористой стенки, через которую ксенон может проникать и выходить. В отличие от обычных контрастных сред, газовые пузырьки всегда поглощают фиксированную часть ксенона, которая выделяется окружающей средой, другими словами, также большие количества, если предоставляется больше Xe », – сообщает доктор Лейф Шредер. Эта характеристика может быть использована в МРТ-диагностике, поскольку для получения более качественных изображений необходимо использовать больше ксенона.

Концентрация обычной контрастной среды также должна быть отрегулирована для достижения изменения сигнала для всех атомов ксенона. Газовые пузырьки, с другой стороны, автоматически заполняются большим количеством ксенона, когда это предлагается окружающей средой. «Они действуют как своего рода воздушный шар, к которому прикреплен внешний насос. Если баллон «надувается» атомами ксенона, попадающими в пузырьки газа, его размер не изменяется, но давление действительно увеличивается – подобно трубке велосипедной шины », – объясняет доктор Лейф Шредер. Поскольку гораздо больше ксенона проходит в везикулы, чем в обычных контрастных средах, атомы ксенона могут быть считаны намного лучше после того, как они снова покинут везикулу и покажут измененный сигнал. Сюда,

Таким образом, эти контрастные вещества могут также использоваться для идентификации маркеров заболевания, которые встречаются в относительно низких концентрациях. В ходе дальнейшего сотрудничества обе группы намерены протестировать эти контрастные вещества в начальных исследованиях на животных. Недавно обнаруженное поведение будет решающим преимуществом для использования этих очень чувствительных контрастных веществ в живой ткани. Доктор Лейф Шредер и его команда смогли сделать первые МРТ-изображения с концентрацией частиц в миллион раз ниже, чем у используемых в настоящее время контрастных веществ.

По материалам phys.org