Кристина Завалета, доцент кафедры биомедицинской инженерии Университета Южной Калифорнии в Витерби в Лос-Анджелесе, вместе со своей командой только что разработал новые контрастные вещества для визуализации, используя обычные красители, такие 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 обычно соседние клетки и обнаруживать 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 заключается в раке толстой кишки, это обнаруживается с помощью эндоскопии». он сказал Завалета. «Но эндоскоп — это буквально фонарик на конце палочки, поэтому он дает только информацию о структуре толстой кишки: вы можете увидеть полип и знать, что вам нужно сделать биопсию.. Если бы мы могли предоставить инструменты визуализации, которые помогут врачам определить, является ли этот конкретный полип раковым или просто доброкачественным, зачастую нам даже не нужно было бы вмешиваться», — сказал он.
Как работает система
Освещенные наночастицы движутся через кровеносный сосуд и обнаруживают рак. Красители были включены в наночастицы, чтобы обеспечить более точный контраст изображений при идентификации раковых клеток. Чтобы добиться этого, команда обнаружила уникальный источник оптических контрастных веществ из бытовых красителей и красящих 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? Это пришло от Пиксара
Вдохновение для Завалеты пришло из необычного места: урока анимации с художниками Pixar в Эмеривилле, штат Калифорния, где находится знаменитая анимационная студия. Завалета, которая любит искусство и анимацию, сказала, что ее заинтриговали чернила и краски, которые художники принесли в класс. «Я думал о том, насколько эти краски с очень высоким содержанием пигментов, такие как акварельные гуаши, были блестящими, чего я никогда раньше не видел, и мне было интересно, обладают ли они интересными оптическими свойствами», — сказал Завалета.
Идея привела ее к тату-мастеру в соседнем 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, Университет Южной Калифорнии Витерби – Лос-Анджелес
Проблемы, с которыми придется столкнуться при обнаружении рака
Одна из проблем безопасности визуализации наночастиц заключается в том, что они часто могут длительное время оставаться в таких органах, как печень и селезенка. Из-за этих проблем безопасности крайне важно рассмотреть возможность использования биоразлагаемых наноматериалов. В настоящее время существует ограниченное количество оптических контрастных веществ, одобренных для клинического использования.
Имея это в виду, команда Завалеты рассмотрела распространенные пищевые красители, которые можно было бы использовать для наночастиц, например, красители, содержащиеся в разноцветных конфетах, таких как Skittles и M&M's. Эти ярко окрашенные пищевые продукты, которые люди регулярно потребляют, были признаны FDA безопасными для потребления человеком.
«Мы подумали: давайте посмотрим на некоторые существующие фармацевтические, косметические и пищевые красители, одобренные 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 высокопигментированные агенты визуализации в качестве «полезной нагрузки» для обнаружения рака. Завалета сказал, что частицы имеют определенный размер. Это позволяет некоторым из них пассивно проникать в опухолевые области. Другие, выбранные соответствующим образом, следует сдерживать из-за их размера.
Наночастицу также можно «украсить» большим количеством красителя, чем предыдущие агенты визуализации. Это приведет к более яркому и эффективному сигналу при обнаружении рака. «Если вы инкапсулируете кучу красителей в наночастицу, вы сможете увидеть ее лучше, потому что она будет ярче», — сказал Завалета.
