Кристина Завалета, доцент кафедры биомедицинской инженерии USC Viterbi в Лос-Анджелесе только что вместе со своей командой разработал новые контрастные вещества для визуализации с использованием обычных красителей, таких как чернила для татуировок и пищевые красители. Когда эти красители присоединяются к наночастицам, они могут освещать опухоли, позволяя медицинским работникам лучше различать опухолевые клетки и нормально соседние клетки и выявлять рак. Работа опубликована в журнале Biomaterials Science.
Важность диагностики
La диагностика раннее лечение имеет решающее значение для наилучшего лечения рака у пациентов; болезнь, от которой когда-нибудь столкнется более 38% американцев.
Однако без хороших визуализирующих агентов обнаружение затруднено; контрастные материалы, которые при введении пациентам позволяют изображениям, таким как МРТ и КТ, работать с повышенной чувствительностью и специфичностью, позволяя медицинским работникам точно обнаруживать и диагностировать рак, а хирургам - определять точные границы опухолей.
«Например, если проблема в раке толстой кишки, это выявляется с помощью эндоскопии», он сказал Завалета. «Но эндоскоп — это буквально фонарик на конце палки, поэтому он предоставит информацию только о структуре толстой кишки — вы можете увидеть полип и понять, что вам нужно сделать биопсию.. Если бы мы могли предоставить инструменты визуализации, чтобы помочь врачам увидеть, является ли этот конкретный полип раковым или просто доброкачественным, часто не было бы необходимости во вмешательстве», — сказал он.
Как работает система
Освещенные наночастицы перемещаются по кровеносным сосудам для обнаружения рака. Красители были включены в наночастицы, чтобы обеспечить более точную контрастность изображений при идентификации раковых клеток. Чтобы достичь этого, команда обнаружила уникальный источник оптических контрастных веществ из бытовых красителей и пигментов, с которыми мы обычно сталкиваемся. Эти «оптические чернила» можно наносить на целевые наночастицы для улучшения обнаружения и локализации рака.
Красители и пигменты были получены из обычных красителей.
Идея? Она пришла из Пиксар
Для Завалеты вдохновение пришло в необычном месте: анимационный класс с художниками Pixar в Эмеривилле, Калифорния, где находится знаменитая анимационная студия. Завалета, которая любит искусство и анимацию, сказала, что ее заинтриговали краски и краски, которые художники принесли в класс. «Я думал о том, что эти сверхвысокопигментированные краски, такие как акварельные гуаши, блестят так, как я никогда раньше не видел, и мне было интересно, обладают ли они интересными оптическими свойствами», — сказал Завалета.
Идея привела ее к тату-мастеру из соседнего Сан-Франциско. Адам Скай, еще один мастер, работающий с яркими красками.
Я помню, как приносил 96-луночный планшет, и он распылял чернила для тату в каждую лунку. Затем я отнес чернила к нашему рамановскому сканеру (который используется для точного обнаружения наночастиц, нацеленных на опухоль) и обнаружил эти поистине удивительные спектральные отпечатки пальцев, которые мы могли использовать для кодирования наших наночастиц. Это было здорово.
Кристина Завалета, ОСК Витерби - Лос-Анджелес
Проблемы, с которыми придется столкнуться при обнаружении рака
Одна из проблем безопасности визуализации наночастиц заключается в том, что они часто могут длительно задерживаться в таких органах, как печень и селезенка. Из-за этих соображений безопасности крайне важно рассматривать биоразлагаемые наноматериалы. В настоящее время существует ограниченное количество оптических контрастных веществ, одобренных для клинического применения.
Имея это в виду, команда Завалеты рассмотрела обычные пищевые красители, которые можно было бы использовать для наночастиц, такие как красители, содержащиеся в разноцветных конфетах, таких как Skittles и M&M's. Эти ярко окрашенные продукты питания, которые люди регулярно потребляют, были признаны FDA безопасными для употребления человеком.
«Мы подумали: давайте взглянем на некоторые из существующих фармацевтических, косметических и пищевых красителей, одобренных FDA, и посмотрим, какими оптическими свойствами обладают эти красители», — сказал Завалета. «И именно здесь мы обнаружили, что многие из этих одобренных FDA красителей обладают интересными оптическими свойствами, которые мы могли бы использовать для визуализации».
Команда разработала наночастицу, которая будет нести эти сильно пигментированные агенты визуализации в качестве «полезной нагрузки» для обнаружения рака. Завалета сказал, что частицы имеют определенный размер. Это позволяет некоторым из них пассивно проникать в участки опухоли. Другие, выбранные соответствующим образом, должны быть сдержаны из-за их размера.
Наночастица также может быть «украшена» более высоким содержанием красителя, чем предыдущие агенты визуализации. Это приведет к более яркому и эффективному сигналу при обнаружении рака. «Если вы поместите кучу красителей в наночастицу, вы сможете лучше ее увидеть, потому что она будет ярче», — сказал Завалета.
