Новый тип контрастного агента MRI заполняет безвредный ксенон благородного газа в соответствии с законом идеального газа и, таким образом, создает лучший контраст по сравнению с обычными контрастными агентами. Фото: Визуализация: Барт ван Россум.

Исследователи из Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP) нашли новый метод получения высококачественных изображений в магнитно-резонансной томографии (МРТ), который требует меньше контрастной среды по сравнению с текущими методами. Это стало возможным благодаря использованию «эластичной» белковой структуры, которая может поглощать растворенный ксенон саморегулирующимся способом: чем больше количество этого благородного газа, тем выше качество изображения без необходимости корректировать величину контраста средний.

В настоящее время магнитно-резонансная томография (МРТ) является незаменимым методом диагностики заболеваний и контроля за ходом лечения. Он создает секционные изображения человеческого тела без использования какого-либо вредного излучения. Как правило, молекулы воды в ткани подвергаются воздействию сильного магнитного поля. Однако МРТ очень нечувствительна и требует высокой концентрации молекул, чтобы поглощать полезный сигнал. Контрастные среды часто используются для улучшения диагностики, чтобы более четко выявлять конкретные изменения, такие как опухоли. Однако даже с этими контрастными средами чувствительность МРТ не может быть значительно увеличена, и многие маркеры, которые известны из клеточной биологии, не могут быть обнаружены во время визуализации. Кроме того, безопасность некоторых контрастных сред, содержащих элемент гадолиний, в настоящее время является предметом растущего обсуждения. «Нам нужны новые, улучшенные методы, в которых как можно меньше контрастного вещества влияет как на большую часть передающего сигнал вещества, а на воду, как правило, на воду», — говорит д-р Лейф Шредер. Теперь он и его команда достигли важного прорыва.

Исследователи некоторое время работали над разработкой контрастных сред на основе ксенона, безвредного благородного газа. Группа использует процесс с мощными лазерами, в которых ксенон искусственно намагничен, а затем — даже в малых количествах — генерирует измеримые сигналы. Чтобы обнаружить специфические маркеры клеточной болезни, ксенон должен быть привязан к ним на короткое время. В сотрудничестве с учеными из Калифорнийского технологического института (Caltech), финансируемого Программой научных исследований в области человеческих границ (HFSP), д-р Лейф Шредер и его команда теперь изучили новый класс контрастных материалов, который обращает внимание на ксенон. Это полые белковые структуры, созданные некоторыми бактериями, чтобы регулировать глубину, на которой они плавают в воде, подобно миниатюрному плавному пузырю у рыб, но в нанометровом масштабе. Исследовательская группа, возглавляемая партнером по сотрудничеству Михаилом Шапиро в Caltech, представила эти так называемые «газовые пузырьки» некоторое время назад как контрастные СМИ МР. Однако еще не было известно, насколько хорошо они могут быть «заряжены» ксеноном.

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

Концентрация обычной контрастной среды также должна быть скорректирована для достижения изменения сигнала для всех атомов ксенона. С другой стороны, газовые пузырьки автоматически заполняются большим количеством ксенона, когда это предлагается окружающей средой. «Они действуют как воздушный шар, к которому прикреплен внешний насос. Если воздушный шар« накачивается »атомами ксенона, втекающими в газовый пузырь, его размер не изменяется, но давление действительно увеличивается — подобно велосипедной шине трубы », — объясняет д-р Лейф Шредер. Поскольку гораздо больше ксенона переходит в везикулы, чем с обычными контрастными средами, атомы ксенона затем могут быть зачитаны намного лучше после того, как они снова покинут везикулу и покажут измененный сигнал. Сюда,

Таким образом, эти контрастные среды также могут использоваться для идентификации маркеров болезни, которые встречаются в относительно низких концентрациях. В ходе дальнейшего курса сотрудничества две группы намерены протестировать эти контрастные среды при первоначальных исследованиях на животных. Новое обнаруженное поведение станет решающим преимуществом для использования этих очень чувствительных контрастных сред в живой ткани. Доктор Лейф Шредер и его команда смогли сделать первые МРТ-снимки с концентрацией частиц в миллион раз ниже, чем у используемых в настоящее время контрастных материалов

По материалам сайта phys.org