Исследователи разработали чувствительный к кислороду молекулярный маяк, который излучает ультразвуковые сигналы в ответ на свет, процесс, называемый фотоакустической визуализацией — менее инвазивный, более высокий и менее дорогостоящий метод, чем текущий клинический стандарт, который использует радиоактивные молекулы и сканирование позитронно-эмиссионной томографии. . В статье, опубликованной в Nature Communications, исследователи продемонстрировали способность зонда отображать гипоксические опухоли и суженные артерии у мышей.«Мы могли бы дать врачу трехмерное изображение ткани в режиме реального времени для руководства хирургическими процедурами и планами лечения», — сказал профессор химии Джефферсон Чан, руководитель исследования. Соавторами статьи были аспирант Хейли Нокс и профессор биоинженерии Вавжинец Лоуренс Добруцки.
«Возможность обнаружить это способом, который не требует хирургического вмешательства или не полагается на косвенные методы, действительно важна, потому что вы действительно можете увидеть это в процессе развития», — сказал Чан.По словам Чана, современные методы обнаружения гипоксии в тканях могут идентифицировать только хроническую гипоксию и, следовательно, не могут помочь врачам найти агрессивные виды рака или острые состояния, такие как инсульт, которые требуют немедленного вмешательства. Такие методы ограничиваются инвазивными процедурами с использованием больших электродных игл или непрямой визуализацией с помощью радиоактивных зондов, что создает дополнительные проблемы, связанные с активацией и помехами вне цели.
Молекулярные зонды, разработанные группой Чана, становятся активными только при недостатке кислорода. При возбуждении светом они излучают ультразвуковой сигнал, позволяющий получать прямое трехмерное изображение гипоксических областей. Они протестировали систему на клеточных культурах, а затем на живых мышах с раком груди и мышах с суженными артериями в ногах.
«Система, которую мы использовали в этом исследовании, представляет собой доклиническую систему для животных. Однако в клинических условиях вы можете взять обычный ультразвуковой аппарат и оснастить его источником света — вы можете купить светодиоды примерно за 200 долларов, которые являются достаточно мощными. и безопасен для клинического применения », — сказал Чан. Врачи вводят пациенту фотоакустические молекулы путем инъекции в вену или непосредственно в место опухоли, а затем используют модифицированный ультразвуковой аппарат для визуализации интересующей области.Исследователи обнаружили, что их фотоакустический метод может обнаруживать гипоксию через несколько минут после сужения артерии мыши, что обещает быстрое обнаружение участков инсульта или сгустков крови в глубоких тканях.
У мышей, больных раком, зонды позволили получить детальное трехмерное ультразвуковое изображение гипоксических опухолей.«Мы знаем, что многие опухоли гипоксичны, поэтому было разработано много новых методов лечения, которые активируются в условиях дефицита кислорода.
Но они не соответствовали клиническим испытаниям, потому что не все опухоли гипоксичны», — сказал Чан. "Это дает ученым и врачам возможность неинвазивно заглянуть внутрь опухоли и определить, является ли опухоль пациента гипоксической, и они будут хорошим кандидатом на новое лекарство. Если опухоль не выглядит очень гипоксической, они должны перейти к другому лечению. план."
По словам исследователей, еще одним преимуществом является низкая стоимость производства молекул и их длительный срок хранения. Они могут оставаться стабильными в течение многих лет, тогда как радиоактивные молекулы должны использоваться вскоре после производства и требуют специальной подготовки для использования.
Группа Чана изучает другие типы фотоакустических молекул, которые могут отображать другие условия. Например, они работают над зондами, которые могут обнаруживать определенные виды рака, чтобы они могли найти любые места, где рак распространился или метастазировал в теле пациента.«Вы можете не только обнаружить рак и обнаружить его свойства, но и у него есть много возможностей для лечения пациентов.
Мы можем смотреть на весь айсберг, а не на верхушку айсберга», — сказал Чан.