Магнитно-резонансная томография - важнейший инструмент современной медицины. Она позволяет врачам диагностировать образование опухолей и определять границы новообразований, оценивать результаты лечения, изучать характеристики кровотока, получать изображения головного мозга. Именно поэтому в данный момент активно ведутся исследования, направленные на дальнейшее совершенствование этой методики. О новой работе российских ученых, посвященной изучению контрастирующих веществ на основе наночастиц оксида железа, «ФИАН-информ» рассказал заведующий криогенным отделом ФИАН, д.ф.-м.н., профессор Евгений Иванович Демихов.
Метод магнитно-резонансной томографии основан на явлении ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Во всех тканях человеческого организма содержится вода, в состав которой входят атомы водорода. Ядро каждого атома имеет ненулевой спин, причем при отсутствии внешнего воздействия спины могут иметь случайное направление. Если же поместить атомы в постоянное магнитное поле, то большинство спинов повернутся в направлении поля. При этом спины будут иметь возможность перевернуться, поглощая электромагнитное излучение с определенной (резонансной) частотой. Наблюдая за поглощением, мы можем получать изображение внутренней структуры организма. Через некоторое время после переворота спина происходит релаксация – атомы возвращаются в начальное состояние. Релаксация может быть вызвана различными причинами, при этом в каждой из тканей организма она происходит по-разному, что и позволяет нам различать их границы на томограмме.
Для повышения контрастности изображения были разработаны контрастирующие вещества, или контрасты. Помещенные в организм, такие вещества накапливаются в определенных областях (например, опухолях) и меняют время релаксации спинов, что позволяет увидеть необходимое место на томограмме более четко. На сегодняшний день наиболее распространенными являются контрасты на основе гадолиния: они повышают интенсивность сигнала за счет увеличения времени так называемой продольной релаксации, которая объясняется взаимодействием атомов с окружением. Очевидным минусом таких препаратов является токсичность гадолиния, который может вызывать различные аллергические реакции и даже привести к смерти пациента. Кроме того, гадолиний довольно быстро выводится из организма, что лишает врачей возможности проводить длительные исследования.
Структура (слева) и схема синтеза (справа) магнитной наночастицы
Группа ученых из ФИАН, РНИМУ им. Пирогова и РХТУ им. Менделеева провела исследование наночастиц оксида железа, которые также являются контрастирующим веществом, но действуют по другому принципу: они снижают интенсивность ЯМР-сигнала, сокращая время поперечной релаксации, связанной с взаимодействием спинов между собой. Явным преимуществом в данном случае является биосовместимость и биоразлагаемость вещества. Кроме того, повышается время циркуляции контраста в крови.
Оценка эффективности в экспериментах in vivo: скан в МРТ 1,5 Тл для мозга крысы
В ходе эксперимента ученые исследовали зависимость времени поперечной релаксации от концентрации при различных величинах магнитного поля, чтобы определить область применения данного препарата. Оказалось, препарат эффективен в широком диапазоне магнитных полей и действительно позволяет получить томограммы головного мозга с улучшенным контрастом. Кроме того, были исследованы наночастицы со специальной белковой оболочкой, которая не позволяет им «слипаться» при циркуляции в крови.
На сегодняшний момент все еще не создан препарат, который мог бы стать успешным на коммерческом рынке, а потому необходимо дальнейшее изучение свойств и поведения наночастиц.
К.Кудеяров, АНИ «ФИАН-иформ»
