Пресс-центр / новости / Наука /
Изучено влияние старения контрастных наночастиц для МРТ в организме
Группа ученых из Лаборатории молекулярной иммунологии ИБХ РАН, ИОФ РАН и ряда других научных институтов провели исследование биотрансформации магнитных наночастиц в организме и влияния этого процесса как на метаболизм железа, так и на уменьшение контрастных свойств наночастиц при визуализации. Долгое время оставалось неясным, что в долгосрочной перспективе происходит с наночастицами-контрастами для МРТ после их распределения по тканям, при том, что процессы биодеградации наноматериалов, сопровождающиеся обильным выделением ионов железа, могут токсически влиять на сам организм. Новое исследование, опубликованное в высокорейтинговом журнале Journal of Nanobiotechnology, позволило прояснить этот вопрос.
Магнитные наночастицы имеют высокий потенциал в медицине как средства для диагностики, визуализации и терапии различных заболеваний. В настоящее время магнитные наночастицы уже применяются в клинике для лечения анемии, а также проходят клинические испытания для лечения рака простаты, остеосаркомы и отека роговицы. Также начиная с 1996 года магнитные наночастицы используются в качестве контрастов для магнитно-резонансной томографии (МРТ) – одного из самых востребованных инструментов функциональной диагностики в клинике. Однако старение магнитных наночастиц в организме может привести к постепенному снижению их контрастных свойств при повторных МРТ исследованиях и потенциальному проявлению токсичных свойств. При этом в целом биотрансформация магнитных наночастиц является сложным и многоступенчатым процессом, в ходе которого наночастицы могут агрегировать между собой, менять свои магнитные свойства, и перемещаться как между клетками, так и между органами в организме. В своей работе, ученные описывают наблюдение за полным жизненным циклом 40-нм магнитных частиц от введения до их полной деградации в мышах и связанного с этим воздействия на организм.
Рисунок 1. Схема исследования судьбы магнитных наночастиц от момента их введения в кровоток до их полного разложения через 2 месяца.
В своей работе ученные детально изучили судьбу наночастиц и ответные реакции организма начиная с момента введения магнитных наночастиц в кровоток в течение двух месяцев до полного их разложения. В исследовании ученные оценивали не только биораспределение частиц, но и снижения магнитного сигнала от наночастиц в печени и селезенке и изменение контрастных свойств наночастиц на МРТ снимках в процессе их биоразложения. Токсичность частиц определялась по анализу уровень экспрессии генов железосодержащих белков, гематологическим и биохимическим показателям крови, патоморфологическим изменениям ткани, а также по эволюции биораспределения железа в организме.
Так было обнаружено, что за 2 часа наночастицы полностью выводились из кровотока, но их первоначальное биораспределение со временем менялось, например, их количество в селезенке со временем увеличивалось, что может говорить о том, что они мигрировали из других органов. В течение первой недели почти все наночастицы были перенесены в печень и селезенку, где они деградировали с периодом полураспада около 21 дня. При этом та часть наночастиц, которая оставалась в других органах, исчезали уже за первую неделю после введения. МРТ и разработанный авторами магнитный спектральный подход (MPQ) выявили сохранение диагностического контраста в этих органах в течение более чем 1 месяца (Рисунок 2).
Рисунок 2. МРТ изображения мышей в различные периоды времени после введения наночастиц. Видно накопление наночастиц в печени и селезенке и уменьшение контраста во времени.
Также было показано, что деградация частиц привела к увеличению количества эритроцитов и уровня гемоглобина в крови из-за высвобождения железа, при этом не вызывая никакой токсичности в тканях. Кроме того, в ходе биодеградации магнитных наночастиц и постепенного высвобождения ионов железа исследователи наблюдали увеличение уровня экспрессии генов белков, ассоциированных с метаболизмом железа, таких как трансферрин, DMT1 и ферропортин в печени. Также важным результатом являлось отсутствие существенной долговременной токсичности магнитных частиц для организма.
“Наши исследования проливают свет на вопрос, которым задаются не только ученные и врачи, но и пациенты, сталкивающиеся в клиниках с использованием магнитных наночастиц: «Что произойдет с контрастом, который вводят в организм со временем? Может ли это нанести ему вред?» Полученные данные отчасти отвечают на этот вопрос, показывая безопасность магнитных частиц.”– считает Алексей Яременко, первый автор статьи, аспирант Лаборатории молекулярной иммунологии ИБХ РАН.
Данное исследование является продолжением серии работ Лаборатории молекулярной иммунологии, в которых изучаются механизмы взаимодействия наночастиц с организмом. Сотрудники лаборатории на протяжении многих лет разрабатывают различные способы нацеленной доставки наночастиц и белковых молекул, а также диагностики и терапии заболеваний с использованием наночастиц.
22 декабря 2022 года