Увидеть голодающие ткани
Зоны острой гипоксии (кислородного голодания) формируются при таких заболеваниях, как быстрорастущие опухоли, полная или частичная закупорка кровеносных сосудов (инсульт или болезнь периферических артерий). Группа ученых из Университета Иллинойса под руководством Джефферсона Чана (Jefferson Chan) разработала неинвазивный способ идентификации участков гипоксии в режиме реального времени.
Для этого использовались чувствительные к кислороду молекулы, которые при гипоксии излучают ультразвуковые сигналы при воздействии на него света. Метод, основанный на работе фотоакустических молекул, был назван оптико-акустической томографией.
В исследовании на мышах ученые продемонстрировали возможность оптико-акустической томографии для визуализации участков гипоксии при опухоли и окклюзии артерий. Преимущества данного метода – его неинвазивность и относительная дешевизна в сравнении с одобренной сейчас позитронно-эмиссионной томографией (ПЭТ).
Разработанный метод может в режиме реального времени дать трехмерное изображение участков органов, испытывающих гипоксию, чтобы врач мог координировать действия во время операции или корректировать назначенное лечение.
Существующие методы выявления гипоксии в тканях способны обнаружить только хронический процесс, они не в состоянии помочь врачам выявить острую гипоксию (например, инсульт) или агрессивную быстро растущую опухоль – те состояния, которые требуют немедленного вмешательства. Использование радиоактивных препаратов в сочетании с ПЭТ на сегодняшний день является единственным способом обнаружить острую гипоксию, но этот метод не является достаточно точным. Кроме того, введение в организм радиоактивных препаратов несет известный риск осложнений.
Проведение оптико-акустической томографии не требует вмешательства в организм человека, то есть метод не является инвазивным. Молекулярные зонды группы Чана активируются только в условиях гипоксии. Метод основан на явлении фотоакустики, при котором попавший на молекулы свет вызывает их возбуждение и запускает цепь реакций, в результате которых световая волна преобразуется в звуковую. Улавливание последней позволяет построить трехмерное изображение.
Предполагаемая стоимость процедуры будет гораздо ниже ПЭТ: как пишут авторы, достаточно просто оборудовать имеющийся аппарат ультразвуковой диагностики источником света – светодиодными лампами. Введение фотоакустических молекул можно производить как в общий кровоток посредством внутривенной инъекции, так и непосредственно в зону опухоли.
Фотоакустические молекулы, необходимые для проведения оптико-акустической томографии, будут стоить недорого и могут долго храниться: они могут оставаться стабильными несколько лет. Для сравнения, радиоактивные препараты должны быть использованы сразу после изготовления и только после специальной подготовки.
Система была протестирована на мышиных моделях рака молочной железы и окклюзии артерий нижних конечностей.
Метод оптико-акустической томографии способен выявить ишемию уже спустя несколько минут после нарушения кровотока. Это открывает внушительные перспективы для диагностики инсульта или острого тромбоза другой локализации. У мышей с раком молочной железы описываемый метод дал детальное трехмерное ультразвуковое изображение опухоли.
В онкологических исследованиях часто акцентируется внимание на разработке методов лечения, основанных на том, присутствуют или нет в опухоли гипоксия. Оптико-акустическая томография пополнит арсенал исследователей неинвазивным способом выявления гипоксических опухолей.
Авторы исследования продолжают изучать фотоакустические молекулы. Особый интерес вызывают те, которые могут быть онкоспецифическими и указывать глубину прорастания и локализацию распространения опухоли.
Статья Hailey J. Knox et al. A bioreducible N-oxide-based probe for photoacoustic imaging of hypoxia опубликована в журнале Nature Communications.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Illinois News Bureau: Molecular beacon signals low oxygen with ultrasound.