Ученые разработали новый подход для выявления злокачественного перерождения клеток с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ). Метод помогает обнаруживать «усиленные» соединения фосфора, которые при введении в организм накапливаются в слишком активных раковых клетках. Исследователи уверены, что в будущем это удешевит раннюю диагностику онкологии и других заболеваний, для которых характерно нарушение обмена фосфора.
Обычно источником сигнала в системах МРТ становятся атомы водорода в составе обычной воды — в разных тканях нашего тела ее содержание отличается, поэтому у каждого органа будет свой уровень сигнала. Опухоли на поздних стадиях на фоне окружающих здоровых тканей заметить нетрудно, но в самом начале заболевания они слишком малы для обнаружения.
Группа ученых под руководством заведующего кафедрой химической физики функциональных материалов МФТИ Валентина Новикова разработала другой подход — следить не за количеством воды в клетках, а за концентрацией других соединений. В частности, уровень нескольких соединений фосфора — холина и его производных — в раковых клетках сильно повышен. Измеряя их концентрацию при помощи МРТ, можно определить перерождение здоровых клеток в опухолевые даже на ранних стадиях. И все же стандартное оборудование для МРТ не в силах измерить столь малую концентрацию таких веществ в клетках.
Поэтому ученые придумали, как повысить чувствительность магнитно-резонансной спектроскопии для соединений фосфора. В этом поможет параводород — одна из вариаций атомов водорода, у которых спины электронов, воображаемые оси их вращения, направлены в разные стороны.
Если он присоединяется к какому-либо другому соединению, уровень его сигнала возрастает в тысячи раз за счет эффекта гиперполяризации — многократно повышенной разницы между количеством ядер в двух спиновых состояниях.
Исследователи решили присоединить параводород к производному фосфорной кислоты, а после перенести гиперполяризацию на фосфорсодержащую часть молекулы. Они хотели в результате взаимодействия с водой отщепить чистый гиперполяризованный фосфат — остаток фосфорной кислоты, которой очень много во всех клетках нашего организма.
«Если такой раствор ввести в кровь непосредственно перед томографией, то можно будет увидеть многократно усиленные сигналы не только этого соединения, но и всех соединений фосфора, в которые он превратится в течение нескольких минут. Например, его аномально высокая концентрация в тканях может говорить о возможной патологии. В результате этот подход позволит снизить стоимость МРТ-диагностики», — рассказал Валентин Новиков.
Обычно для получения таких гиперполяризованных молекул используют очень дорогие приборы, которые установлены в исследовательских лабораториях, а не больницах. Для разработанного метода достаточно будет баллона с водородом и простой установки. Это закономерно удешевит весь процесс. Ученым осталось проработать последнюю стадию реакции — отщепление неорганического фосфата, который и нужно вводить в организм.
Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ). Результаты опубликованы в International Journal of Molecular Sciences.
