Сибирские ученые обнаружили, что соединения лантаноидов чувствительны к локальной температуре тканей в организме, а значит, способны определять многие раковые опухоли на ранних стадиях, работая как контрастное вещество при магнитно-резонансной томографии (МРТ). Статья об этом опубликована в журнале Sensors and Actuators B: Chemical.
Исследователи называют эти вещества зондами, но есть существенное отличие: в организм пациенту не вводят объемную конструкцию, а делают инъекцию раствора. «Известно, что при некоторых разновидностях онкологических заболеваний в ткани опухоли температура повышается на значение от долей до нескольких градусов. Поэтому измерение локальной температуры может помочь в ранней диагностике онкологических заболеваний, а также заболеваний, связанных с воспалениями», — говорит автор статьи, ведущий научный сотрудник Института неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН доктор химических наук Сергей Павлович Бабайлов.
Лантаноиды — тяжелые металлы, которые применяются в микроскопических «температурных датчиках», опасны для человека: они могут повреждать ДНК, поэтому используются не сами по себе, а в составе хелатных соединений, или хелатов (от лат. chela — «клешня»). В таком случае ион металла окружает циклический лиганд, словно заключая его в свои клешни. Получается достаточно устойчивый комплекс, который мешает частицам тяжелых металлов освободиться и попасть в организм.
Метод МРТ основан на явлении ядерного магнитного резонанса. В диагностике используются ядра с ненулевыми значениями спинов, чаще всего это ядра водорода, входящие в состав воды, из которой в основном состоит человеческий организм. Если воздействовать на них внешним магнитным полем, спины будут либо сонаправлены, либо противоположны ему — возникнет намагниченность. После прекращения резонансного радиочастотного излучения спины будут релаксировать, то есть возвращаться в свое первоначальное состояние, в разных тканях это происходит с разной скоростью. Изменение времени релаксации регистрируют МРТ-сканерами. Контрастное вещество при МРТ применяется для того, чтобы получить более детальные снимки.
В качестве контрастного вещества для магнитно-резонансной томографии используются и хорошо изученные соединения гадолиния. Однако металлы, которые исследуют в ИНХ СО РАН (празеодим, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий), несмотря на принадлежность к той же химической группе, то есть к лантаноидам, существенно отличаются от гадолиния по свойствам. В частности, комплексы, содержащие эти элементы, оказались чувствительны к температуре: при ее изменении у них меняется резонансная частота, что можно регистрировать при МРТ. Сейчас локальное повышение температуры на поверхности тела смотрят с помощью специальной инфракрасной камеры, тепловизора. Контрастные вещества же способны измерить температуру тканей в организме на любой глубине. Это подтвердили эксперименты с мышами на сверхвысокопольном магнитно-резонансном томографе в ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН».
Сложность заключается в том, что на сигналы, которые получают исследователи, влияют и другие факторы, например кислотно-щелочной состав, отличный в разных органах человека. У хелатов вообще непростой для изучения характер: в некоторых комплексах лиганд находится в так называемой конформационной динамике, проще говоря, двигается, и это меняет свойства соединения. Подвержены хелаты и межмолекулярной динамике — так, в соединении с тулием молекула воды часть времени находится внутри, а часть времени снаружи комплекса (происходит межмолекулярный химический обмен).
«В некоторых случаях сигнал становится слишком слабым, чтобы регистрировать его прибором, он может быть заметен при высокой температуре и не заметен при относительно низкой, в то время как нужно, чтобы был охвачен диапазон температур от 34 °C до 42 °C, соответствующий возможной температуре человеческого тела», — рассказывает Сергей Бабайлов. Ученым еще предстоит определить условия, в которых регистрируемые результаты будут достоверными.
«Сейчас наша лаборатория проводит обширные фундаментальные исследования. Нужно не только учитывать изменчивость хелатов, но и создать безопасные в применении комплексы. Они должны обладать термодинамической устойчивостью (быть стабильны в водной среде) и кинетической устойчивостью, то есть не обмениваться ионами металлов с другими соединениями в организме человека, например белками и ферментами», — говорит Сергей Бабайлов.
Работа проводится в сотрудничестве с ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН», Международным томографическим центром СО РАН и Томским политехническим университетом.
Александра Федосеева
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии