Новые наночастицы делают видимыми тромбы сосудов
На протяжении почти двух десятилетий кардиологи ищут методы, позволяющие увидеть тромбы, прежде чем они станут причиной инфаркта миокарда.
Ученые Школы медицины (School of Medicine) Вашингтонского университета (Washington University) в Сент-Луисе разработали наночастицы, способные обнаруживать тромбы и делать их видимыми для нового вида рентгеновских технологий.
По словам доктора медицины кардиолога Грегори Ланца (Gregory Lanza), новые наночастицы позволят снять неопределенность в решении вопроса, действительно ли у пациента, поступившего в больницу с болями в груди, произошел инфаркт миокарда.
Каждый год миллионы людей попадают в отделения неотложной помощи с болью в груди. В некоторых случаях врачи сразу исключают проблемы с сердцем. Но чаще всего они не могут быть в этом уверены. Если есть сомнения, пациент должен быть госпитализирован, и только после обследования диагноз инфаркта миокарда может быть исключен или подтвержден. Такое обследование не только дорого стоит, но и занимает много времени.
Вместо ночи пребывания в больнице, нужной врачам, чтобы убедиться, что пациент стабилен, новая технология может показать локализацию тромба за считанные часы.
Наночастицы предназначены для использования с новым типом КТ-сканера, способного «видеть» металлы в цвете. Используя полный спектр рентгеновского пучка, новая технология, названная спектральной компьютерной томографией, способна различать объекты, неразличимые при обычном КТ-сканировании, которое видит только черное и белое.
Новый сканер использует преимущества той самой физики, которую применяют астрономы, определяя по свету звезды содержащиеся в ней металлы.
«Они смотрят на рентгеновский спектр, и рентгеновский спектр говорит им, какие там есть металлы», – комментирует разработку профессор Ланца. «Мы делаем то же самое».
Используемый в новой технологии метал – висмут. Адъюнкт-профессор медицины Дипаньян Пэн (Dipanjan Pan) создал наночастицу, содержащую достаточное количество висмута, чтобы ее можно было увидеть с помощью спектрального КТ-сканера.
Каждая наночастица несет миллион атомов висмута. Так как компьютерная томография – относительно нечувствительный метод визуализации, такое большое количество металла необходимо, чтобы их мог увидеть сканер.
Но висмут – тяжелый токсичный металл. Его нельзя вводить в организм в чистом виде. Поэтому Пэн использовал химическое соединение, в котором атомы висмута связаны с цепочками жирных кислот. Затем, получив раствор этого соединения, он инкапсулировал смесь в фосфолипидную мембрану. Очень похоже на то, как это делают капельки масла в уксусной приправе, такие частицы самоорганизуются, неся ядро из соединения висмута.
На модели мышей Пэн показал, что химический состав и структура наночастиц позволяют организму разрушать их и высвобождать содержащееся внутри безопасное соединение висмута.
С поверхностью наночастиц Пэн связал молекулу, способную найти белок фибрин. Фибрин составляет основу тромба, но больше в сосудистой сети он не встречается нигде.
«Если у вас инфаркт миокарда, выстилка коронарной артерии разорвана, и формирующийся тромб «заделывает» разрыв», – объясняет Ланца. «Но при этом тромб начинает сужать сосуд, и по нему перестает проходить кровь. Теперь у нас есть наночастица, которая увидит этот тромб».
Изображение, полученное методом спектральной КТ с наночастицами висмута, мишенью которых является фибрин, даст ту же информацию, что и традиционная черно-белая компьютерная томография, но фибрин во всех тромбах будет отображаться в цвете, например, желтом или зеленом. Это решит обычную для традиционной КТ проблему кальциевых помех.
Спектральный КТ-сканер, использованный в данном исследовании, – пока лишь прототип, разработанный Philips Research, Гамбург, Германия. Наночастицы протестированы только на кроликах и других животных моделях, но первые результаты свидетельствуют о том, что они позволяют отличить тромбы от кальциевых отложений.
Образование тромба в кровеносном сосуде (вверху) с разорвавшейся атеросклеротической бляшкой, показанной желтым. Наночастицы (синие и черные) взаимодействуют с белком тромба фибрином, показанным голубым. Традиционная КТ-визуализация, снизу слева, не показывает разницы между тромбом и кальцием бляшки, оставляя открытым вопрос об образовании в сосуде тромба, который нужно лечить. Спектральный КТ-снимок, внизу справа, «видит» висмутовые наночастицы, связанные с фибрином (показаны зеленым), отличая его от находящегося в бляшке кальция, также показанного белым. (Credit: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA)
Новые наночастицы и спектральный КТ-сканер помогают не только подтвердить или исключить диагноз инфаркта миокарда, но и показывают точную локализацию тромба.
Сегодня, даже если врачи диагностируют у пациента инфаркт миокарда, они не могут установить локализацию тромба без катетеризации, то есть без введения красителя и поиска суженных бляшками артерий, которые можно расширить с помощью стентов. Однако, подчеркивает Ланца, найти суженные артерии – еще не решение всех проблем.
«Артерии с очень узкими просветами не доставляют нам слишком много беспокойства», – объясняет он. «Мы находим их с помощью катетеризации и открываем. Что действительно вызывает тревогу – это нестабильная бляшка на артериальной стенке, не мешающая свободному току крови по сосуду. Большинство инфарктов и инсультов связано именно с такими бляшками, оторвавшимися и внезапно заблокировавшими артерию. Нужно что-то, что скажет нам о существовании разорвавшейся бляшки, даже если сосуд не очень узок».
Так как наночастица находит и связывается с фибрином, она позволит врачам увидеть проблемы, которые ранее было сложно или невозможно обнаружить.
Новая технология визуализации позволит разработать и новые подходы к лечению коронарной болезни. Нестабильная бляшка не слишком сильно ограничивает кровоток и не требует установки дорогих стентов для поддержания сосуда открытым. Взамен стентированию Ланца предвидит развитие методов, действие которых можно сравнить с действием пластыря, заклеивающего слабые места сосудистых стенок.
«Сегодня мы не знаем, где нужно приклеить такой пластырь», – объясняет профессор. «Но спектральная КТ-визуализация и висмутовые наночастицы могли бы показать точную локализацию тромбов, сделав возможным предотвращение опасного разрыва нестабильной бляшки».
Аннотация к статье Computed Tomography in color: NanoK-enhanced spectral CT molecular imaging
- Источник(и):
- Войдите на сайт для отправки комментариев