Ученые из Исследовательского Института Молекулярной фармакологии в Лейбнице (Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie) (FMP) нашли новый метод получения высококачественных изображений магнитно-резонансной томографии (МРТ), который требует меньше контрастной среды по сравнению с текущими методами.
Прорыв в МРТ-диагностике
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.
В настоящее время магнитно-резонансная томография (МРТ) является незаменимым методом диагностики заболеваний и контроля за ходом лечения. Она создает секционные изображения человеческого тела без использования какого-либо вредного излучения. Как правило, молекулы воды в ткани подвергаются воздействию сильного магнитного поля. Однако МРТ 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, чтобы вместо контрастного вещества была вода, которая лучше влияет на передачу сигнала”, – говорит автор исследования Лейф Шредер (Leif Schroeder).
Он и его команда достигли важного прорыва.
Материалы и методы обследования
Исследователи некоторое время занимались разработкой контрастных сред на основе ксенона – безвредного благородного газа. Группа исследователей использует процесс с мощными лазерами, в которых ксенон искусственно намагничен, а затем – даже в малых количествах – генерирует измеряемые 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) Лейф Шредер с соавторами исследования изучили новый класс контрастных веществ, которые обратимо привязываются ксеноном. Это полые белковые структуры, производимые определенными бактериями для регулирования глубины, 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 (Mikhail Shapiro) представила эти так называемые “газовые пузырьки”. Однако еще не было известно, насколько хорошо они могут быть “заряжены” ксеноном.
Результаты научной работы
В исследовании, которое было опубликовано в научном журнале ACS Nano, ученые 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 в больших количествах, если предоставляется больше ксенона», – сообщает Лейф Шредер.
Эта особенность 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.
«Они действуют как воздушный шар, к которому прикреплен внешний насос. Если воздушный шар «накачивается» атомами ксенона, проникающими в газовый пузырь, его размер не изменяется, но давление действительно увеличивается – подобно колесу велосипеда”, – объясняет 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. Таким образом, контраст изображения во много раз выше фонового шума, а качество изображения значительно улучшается. Таким образом, эти контрастные среды также могут использоваться для идентификации маркеров болезни, которые встречаются в относительно низких концентрациях.
Выводы
В ходе дальнейшего курса сотрудничества ученые 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. Лейф Шредер с соавторами исследования смогли сделать первые МРТ-изображения с концентрацией частиц в миллион раз ниже, чем у используемых в настоящее время контрастных сред.
Авторы других исследований нашли способ проведения МРТ у детей с аутизмом без наркоза.
Ведущий специалист отдела организации клинических исследований, терапевт, врач ультразвуковой диагностики АО «СЗЦДМ» (г. Санкт-Петербург), главный редактор, учредитель сетевого издания Medical Insider, а также автор статей
E-mail для связи – [email protected];
