Почему нужны стираемые МРТ-сканы?

29.08.2018

Магнитно-резонансная томография или МРТ - широко используемый метод визуализации внутренних органов человека. Один из способов улучшить детальность изображений МРТ - это использование контрастных агентов которые проникают в ткани и улучшают четкость визуализации . Недавно исследователи начали разрабатывать контрастные вещества следующего поколения ( магнитные наночастицы), которые можно направить в конкретную интересующую области, например, опухоли.

Но у многих из этих контрастных агентов есть проблема: их иногда трудно отличить от тканей тела, которые испускают свои собственные сигналы МРТ. Например, исследователь, изучающий МРТ-сканы, не может знать с уверенностью, является ли темное пятно вблизи опухоли контрастным агентом, связанный с опухолью, или является несвязанным сигналом от окружающей ткани.

Калтех Михаил Шапиро, доцент кафедры химической инженерии, считает, что у него есть решение. Он и его команда работают над «стираемыми» контрастными агентами, которые могли бы визуализироваться по команде, тем самым раскрывая свое местоположение в теле.

«Мы разрабатываем контрастные средства для МРТ, которые можно стереть с помощью ультразвука, позволяя отключить их», - говорит доктор Шапиро, из Heritage Institute. «Это тот же принцип, что и мигающие огни велосипеда. Когда свет включается и выключается, его легче увидеть, только в нашем случае мы просто мигаем с помощью контрастного агента».

Новое исследование было опубликовано в Nature Materials .

Новая технология опирается на наноразмерные структуры, называемые газовыми пузырьками, которые в природе продуцируются некоторыми микробами. Газовые везикулы состоят из белковой оболочки с полым внутренним пространством и используются микробами в качестве флотационных устройств для коррекции доступа к свету и питательным веществам. Ранее Шапиро и его коллеги продемонстрировали, как газовые пузырьки могут со временем позволить визуализировать полезные бактерии и другие клетки в организме людей с помощью ультразвука. Поскольку полые камеры везикул отражают звуковые волны по-разному, везикулы (и клетки, производящие их) легко отличить от окружающих тканей.

Как оказалось, газовые везикулы также различаются при МРТ-сканировании, потому что воздух в их в пузырьках по-разному реагирует на магнитные поля, по сравнению с водными тканями вокруг них. Это приводит к локальному затемнению изображений МРТ, где присутствуют газовые пузырьки.

В новом исследовании, проведенном на мышах, исследователи показали, что газовые пузырьки действительно могут использоваться в качестве контрастных агентов. МРТ - газовые пузырьки были обнаружены в определенных тканях и органах, таких как мозг и печень. Более того, газовые везикулы можно отключить. «При воздействии сильными ультразвуковыми волнами цилиндрические структуры «рушились, как измельченные консервные банки», - говорит Шапиро, и их магнитные сигналы исчезли».

Предыдущие исследования газовых пузырьков показали, что эти белковые структуры могут быть генетически модифицированы для целевых рецепторов на конкретных клетках, таких как опухолевые клетки. Популяции газовых пузырьков также могут быть сконструированы по-разному - например, одна группа может нацеливаться на опухоль, в то время как другая останется в потоке крови, чтобы визуализировать кровеносные сосуды. Это позволило бы врачам и исследователям сразу визуализировать два типа тканей.