Команда специалистов под руководством профессора Икербаске Айцибер Л. Кортахарены представила принципиально новый состав для магнитно-резонансной томографии. Эксперименты на выращенных в лаборатории образцах человеческих тканей доказали: вещество на основе железа точно находит проблемные зоны, делает их заметными на сканировании и одновременно с этим мешает болезни прогрессировать. Результаты научной работы опубликованы в авторитетном журнале Advanced Functional Materials. Исследование проводилось в тесном сотрудничестве с группой Аны Вильяр из Института биомедицины и биотехнологий Кантабрии (IBBTEC, UC-CSIC). Новая разработка открывает реальный путь к безопасной альтернативе гадолинию — металлу, который сегодня применяется практически во всех контрастных томографических процедурах.
Ограничения стандартных методов диагностики
Сердечный фиброз входит в число главных факторов, ведущих к развитию сердечной недостаточности. От этого опасного недуга страдают миллионы людей во всем мире, однако специфических лекарств для целенаправленного замедления патологии до сих пор не существует. После перенесенного инфаркта или из-за постоянной гипертонии сердце испытывает колоссальные нагрузки. Организм запускает процесс восстановления, напоминающий заживление обычной царапины на коже. В пострадавшей зоне активизируется выработка коллагена для укрепления структуры. Однако защитный механизм часто не вовремя останавливается. Коллаген продолжает накапливаться, миокард теряет эластичность, становится жестким, из-за чего органу становится все труднее нормально наполняться и перекачивать кровь.
Врачи диагностируют подобные изменения с помощью МРТ, вводя пациентам внутривенный контраст. Чаще всего растворы делают на основе гадолиния. Вещество успешно накапливается в поврежденных участках и подсвечивает их на снимках. Метод работает эффективно, но обладает серьезными минусами. Гадолиний чужероден для человеческого организма. Его применение жестко ограничено для людей с почечной недостаточностью, поскольку микроскопические следы тяжелого металла могут сохраняться в различных тканях на протяжении долгих лет. Подобные ограничения создают огромные трудности для пациентов, которым требуются регулярные томографические сканирования для контроля хронического недуга. Именно поэтому исследователи годами пытались разработать контрастные соединения на основе железа — элемента, который человеческий организм отлично знает, умеет безопасно хранить и выводить. Главная сложность заключалась в физических свойствах традиционных соединений железа: вместо того чтобы подсвечивать поврежденную область, они ее затемняли. Из-за этого врачам было крайне сложно разглядеть необходимые детали на сканах, а многие подобные составы вообще исчезли с рынка.
Инновационные белковые структуры
Научная группа под руководством Айцибер Кортахарены, которая также занимает пост научного директора CIC biomaGUNE, успешно обошла это препятствие с помощью специально спроектированных белков. Как пояснила исследователь Лидия Мартинес Парра, ведущий автор проекта, созданное вещество представляет собой особую белковую оболочку. Она изолирует крошечные кластеры атомов железа размером около 1,4 нанометра, что примерно в 50 тысяч раз тоньше человеческого волоса. Полученное гибридное соединение отличается высокой стабильностью, минимальной токсичностью для живых клеток и практически не высвобождает свободное железо в кровоток. Производство такого препарата экологично и безопасно, так как синтез протекает в водной среде без применения токсичных реагентов и экстремальных условий.
Эффективность контрастного агента протестировали на искусственных сердечных тканях, созданных с помощью трехмерных технологий из реальных человеческих клеток. Такие биомодели полностью повторяют ключевые характеристики сердечного фиброза, включая избыточное накопление коллагена и потерю эластичности ткани. Проведенные тесты подтвердили, что новый состав устремляется именно в фиброзные зоны. На снимках МРТ поврежденные участки начинают светиться ярче по мере нарастания тяжести заболевания. Примечательно, что интенсивность сигнала напрямую зависит от степени выраженности патологии. Препарат также продемонстрировал выраженную терапевтическую активность: он снижает выработку и накопление коллагена, предотвращая дальнейшее затвердевание миокарда. Таким образом, ученые создали полноценный тераностический агент, который одновременно указывает локализацию повреждения и лечит его.
Создатели подчеркивают, что разработанное вещество способно обеспечивать контрастность изображений, сопоставимую с гадолинием, как в стандартных клинических томографах, так и в мощных аппаратах для доклинических исследований. До массового внедрения технологии в больницах предстоит пройти еще долгий путь. Впереди масштабные испытания на живых организмах для изучения фармакокинетики, особенностей распределения и путей выведения препарата через реальные клинические сканеры. Конечная цель исследователей заключается в том, чтобы предоставить пациентам с сердечным фиброзом абсолютно безопасную диагностику, которая одновременно станет частью эффективной терапии.
