МРТ покажет не только рак, но и изменения pH в тканях

мрт

Медицинская визуализация: Новый биосенсор – зимониковая кислота –показывает изменения значения рН. 11.05.2017 г. Опухоли, воспаление и нарушение кровообращения локально нарушают кислотно-щелочной баланс в организме. Эти изменения значения рН могут быть использованы, например, для проверки успехов в лечении рака

До сих пор, однако, не было никаких способов визуализации этих изменений, происходящих в организме пациентов. Ученые разработали датчик рН, который отображает значения рН, видимые через магнитно-резонансную томографию (МРТ). Этот метод является неинвазивным, для него не применяют радиацию.

Четыре года назад, во время магнитно-резонансной эксперимента с опухолевыми клетками, физик доктор Франц Шиллинг обнаружил сигналы от молекулы, которая была очень чувствительна к изменениям рН. Молекула, которая в последующих исследованиях была определена как зимониковая кислота, может играть важную роль в будущем медицинской визуализации. В качестве биосенсора для значений рН она может дать представления о теле.

Соответствующий способ визуализации рН позволит визуализировать патологические изменения в тканях и в частности, метаболические процессы опухолей. Области, окружающие опухоли и воспаление, как правило, несколько более кислые, чем области, окружающие здоровые ткани. Это явление, возможно, связано с агрессивностью опухолей. Значение рН также интересно, когда речь идет об оценке эффективности лечения рака. Даже до того, как размеры опухоли начинают сокращаться, изменяется ее метаболизм, вследствие чего значение рН окружающей области может измениться. Соответствующий способ визуализации рН указывал бы на более раннюю стадию рака; можно было бы выяснить, насколько верная стратегия лечения была выбрана.

В журнале Nature Communications ученые описывают, как МРТ может быть использован для надежного представления значений рН в теле мелких животных.

МРТ-изображения с временными ограничениями

Для того чтобы сделать видимым значение рН, зимониковую кислоту вводят в организм. А затем проводят магнитно-резонансную томографию (МРТ). В сильно упрощенном виде: в сильном магнитном поле радиоволны возбуждают ядерные спины зимониковой кислоты до колебаний. Эти реакции затем записывают. Эти данные используют для расчета частотных спектров, которые в свою очередь обеспечивают информацию о химических свойствах молекулярного окружения ядер. В конечном счете значение рН в любой ткани может быть представлено на основе рН-зависимых молекулярных изменений в зимониковой кислоте.

Зимониковая кислота должна быть маркирована углеродом 13 для того, чтобы быть видимой в МРТ изображениях. Это означает, что молекулы содержат углерод 13 атомов (13C) вместо «нормальных» углеродных 12 атомов. Но отмеченная таким образом зимониковая кислота по-прежнему не поддается измерению: ее сигнал на МРТ слишком слаб. Поэтому ученые применили относительно новый метод, гиперполяризацию. Ученые использовали специальное устройство для переноса поляризации электронов на 13С атомных ядер с использованием микроволн при очень низких температурах, что приводит к тому, что сигнал на МРТ становится до 100000 раз сильнее.

Биосенсор вводится внутривенно в организм, поэтому сканирование МРТ должно быть сделано немедленно. Это занимает всего 60 с для усиливающего сигнал эффекта гиперполяризации. Данный метод является достаточно чувствительным, чтобы представить соответствующие медицинские изменения значений рН в организме.

В отличие от оптических методов, которые ограничены поверхностным проникновением в организм из-за низкой прозрачности ткани, не существует никаких ограничений в глубину проникновения для МРТ. Кроме того, было показано, что зимониковая кислота не токсична в концентрациях. Она также синтезируется в низких концентрациях в качестве побочного продукта метаболита пировиноградной кислоты, которая присутствует в организме.

Ученые считают, что зимониковая кислота является перспективным биосенсором для пациентов. На данный момент ученые планируют провести дополнительные доклинические исследования, чтобы установить преимущества этого нового биомаркера для формирования изображений с целью оценки рН тканей. Источник: Технический университет Мюнхена (TUM)

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *