В медицинской практике существует несколько основных методов диагностики: ультразвук, компьютерная томография и МРТ — в порядке возрастания сложности технологий. Если ультразвук есть практически в каждом медпункте, то другие два метода исследования сложнее и дороже, а также имеют противопоказания. Однако, у ультразвуковых исследований есть определённые ограничения и сложности в применении. Например, не всегда понятно, что именно визуализируется на картинке. Многое зависит от человеческого фактора: от опыта и уровня специалиста, а также от качества уровня оборудования. Не всегда эти факторы совпадают, и получается нужный результат. Решить проблему могут можно, используя ультразвуковые контрастные агенты, которые разрабатывает команда учёных Сколтеха. Научный сотрудник Полина Рудаковская рассказала, как используют микропузырьки в качестве ультразвуковых контрастных агентов, что можно упаковать в оболочку пузырька, который тоньше человеческого волоса в 80 раз, и для чего учёные «пугают клетки».
Во время УЗИ специалист должен понять, какая ткань перед ним – здоровая или злокачественная, что собой представляет то или иное образование — узел или опухоль. Без использования контрастирования, по одним лишь близким оттенкам серого на снимке определить это крайне сложно. Тогда на помощь приходят контрастные агенты, обладающие ярким характерным откликом, которые превращают серую картинку в контрастное изображение, где всё чётко видно. Например, в здоровом органе контрастное вещество распределяется равномерно, а при наличии опухоли – видно темное пятно новообразования на фоне яркого фона.
Контрастный агент представляет собой суспензию микропузырьков, чем-то напоминающий пену от капучино.
Он вводится в организм разными методами — в зависимости от того, что нужно посмотреть: если хотим изучить кровоток, — в кровь; если женскую репродуктивную систему, — внутриполостным способом. Большой плюс таких агентов — они наименее токсичны в сравнении с агентами для КТ или МРТ. Такой способ подходит даже детям, беременным или женщинам, только планирующим стать мамами.
Когда женщина планирует беременность, один из самых распространённых методов диагностики проблем репродуктивной системы её организма — компьютерная томография или рентген. Для этого вводят йодсодержащий токсичный препарат, и после такой процедуры нужно время на восстановление — порядка 3 месяцев — во время чего, конечно, женщине беременеть нельзя. В случае с УЗИ с контрастным агентом, который мы разрабатываем в Сколтехе, всё безопасно и не токсично. К тому же, цель нашей команды в том, чтобы этот препарат стал удобным, универсальным и дешёвым настолько, чтобы его могли применять в каждой клинике, где есть аппарат УЗИ.
Размер пузырьков всего 1-3 микрона (для сравнения диаметр человеческого волоса – 80 микрон) — значительно меньше, чем размер сосудов. Структура микропузырька похожа на воздушный шар — газовое ядро и оболочка, состоящая из биополимеров. К тому же, все они защищены оболочкой, что не даёт им быстро лопнуть. В оболочку мы научились встраивать дополнительные материалы для обеспечения мультифункциональности – красители и наночастицы для компьютерной томографии, терапевтические препараты – для тераностики.
Пузырьки могут обладать не только контрастирующими свойствами, но и выступать в качестве препаратов для доставки лекарств. Есть такое чудесное свойство, которое на научном языке называется сонопарацией. Представьте себе, что около вас неожиданно лопается воздушный шарик. Естественная реакция — испуг. Так же ведут себя и клетки, когда около них лопается наш микропузырек, с одним лишь отличием — они начинают поедать всё вокруг. Используя это, мы можем доставлять лекарства в клетки опухоли. Таким образом, злокачественные клетки проходят терапию максимально эффективно.
Доставка пузырьков в нужное место осуществляется с помощью адресных молекул на их поверхности, либо за счет неспецифического взаимодействия, при котором ультразвуковой датчик, приложенный к опухоли, лопает микропузырьки в нужном месте. Таким образом, микропузырьки позволяют как рано диагностировать, так и осуществлять терапию, такие материалы называются тераностиками.
Работа выполняется при финансовой поддержке РНФ 21-73-10254.
Читайте также:
Как напечатать живой орган: история, технологии и проблемы биопринтинга;