Новый вид контрастных агентов для магнитно-резонансной томографии разработали ученые Химического института им. А.М. Бутлерова Казанского федерального университета. Его сделали на базе наночастиц бычьего сывороточного альбумина и ионов марганца.
В КФУ называют новый «контраст» настоящим прорывом: во-первых, его показатели на порядок выше, чем у применяемых сегодня препаратов на основе гадолиния, а во-вторых, марганец заметно «биодружелюбнее» гадолиния и не вызывает токсического эффекта. Новая технология может получить практическое применение уже в ближайшее время, говорят ученые. Контрастное вещество требуется более чем в 30% МРТ-исследований, особенно важно оно при в диагностике опухолей.
«Бычий сывороточный альбумин – классический белок, который является ближайшей и наиболее активно исследуемой моделью человеческого сывороточного альбумина. Основной функцией этого белка в человеческом организме является транспортная – он обратимо связывает различные биомолекулы и осуществляет их перенос. BSA является наиболее коммерчески доступным белком, его стоимость относительно других белков невелика, поэтому многие биологические исследования, которые претендуют на дальнейшее применение в биомедицинских целях, проводятся на бычьем сывороточном альбумине, – рассказал первый автор исследования Рустэм Заиров. – Нами было выявлено, что бычий сывороточный альбумин в его нативном (исходном) состоянии способен связывать ионы марганца в соотношении 1:1. При этом образуемый комплекс, в котором ион марганца (Mn2+) связан, скажем так, с высокомолекулярным лигандом, способен увеличивать релаксацию протонов воды на несколько порядков. За счет подбора экспериментальных условий методом десольватации органическим растворителем мы добились мягкой нетермической денатурации белка».
По словам ученого, МРТ на сегодняшний день – это наиболее широко используемый метод неинвазивной диагностики опухолевых заболеваний. В некоторых случаях требуется введение контраста для определения места опухоли, в том числе и раковых опухолей, для высокоточной диагностики. В этих целях вводятся контрастные агенты, все они представляют собой комплексные соединения гадолиния (Gd). Gd3+ – это такой ион, который обладает семью неспаренными электронами, и благодаря своим уникальным магнитным свойствам он эффективно ускоряет релаксацию протонов воды. В отличие от марганца, который содержится в организме человека, гадолиний может вызвать нефротоксичность – токсичность по отношению к почкам, ведущую к нефрогенному системному фиброзу, а также некоторым нейродегенеративным заболеваниям.
«Сейчас все чаще и чаще поднимается вопрос о том, что гадолиний нужно заменять чем-то более "биодружелюбным", и здесь на помощь приходит Mn2+. Этот ион имеет электронную конфигурацию d5, по количеству неспаренных электронов он уступает гадолинию: релаксивность акваиона марганца(II) несколько ниже релаксивности акваиона гадолиния(III) (9 и 16 соответственно). Несмотря на это, в определенном лигандном окружении или в составе наночастиц использование марганца может дать лучший результат – объяснил преимущества марганца Рустэм Заиров. – Существующие МРТ-контрастные агенты не так эффективны, по крайней мере, их показатели релаксивности лежат в диапазоне 3,5 – 9,9. Релаксивность полученных нашей группой наночастиц достигает порядка 100 единиц. Это является существенным прорывом в области разработки контрастных агентов, поскольку более чем на порядок превышает соответствующие значения релаксивности современных, коммерчески доступных МРТ контрастных агентов на основе гадолиния. То есть с марганцем, который изначально проигрывает гадолинию, но при этом является более биосовместимым, нам удалось достигнуть более высокой релаксивности. При этом совместно с биологами было показано, что полученные наночастицы не вызывают токсического эффекта, гемагглютинацию и не генерируют активные формы кислорода».
Результаты исследования опубликованы в научном журнале International Journal of Biological Macromolecules квартиля Q1.
