Химики из Санкт-Петербургского государственного университета совместно с коллегами из из университета Восточной Финляндии и Национального университета Тайваня разработали люминесцентную метку для диагностики опухолей и ишемии на основе рения (I). Ее можно вводить при помощи инъекции, что менее травматично по сравнению с традиционными методами. Удобство применения и отличные характеристики разработки упростят диагностику опасных заболеваний.
Содержание кислорода в клетках и тканях критически важно — его недостаток приводит к энергетическому голоданию клеток, снижению скорости обмена веществ и накоплению кислот в тканях, что вызывает чувство усталости, потерю мышечной силы и трудоспособности. При этом гипоксия может указывать на различные заболевания — инсульт, анемию, инфаркт и опухоли. В случае с раком содержание кислорода отличается как в разных частях новообразования, так и на разных этапах его развития.
Сейчас для определения локальной концентрации кислорода используют микроэлектроды, которые вводят в поврежденные органы специальной иглой. Это процедура достаточно травматична — она чревата кровотечением, возможностью развития воспалительного процесса и дискомфортом для пациента.
Альтернативный подход — развитие неинвазивных оптических методов диагностики. Для этого химики разрабатывают светящиеся метки, которые вводят в кровь в виде специальных растворов, а затем «просвечивают» тело пациента и определяют границы раковых новообразований: в условиях гипоксии метки светятся сильнее.
«К таким меткам предъявляют ряд важных требований: низкая токсичность, хорошая растворимость в физиологических средах и достаточная стабильность. При этом для эффективного детектирования необходима люминесцентная метка с высоким квантовым выходом излучения, высокой чувствительностью к концентрации кислорода и возбуждением в диапазоне длин волн, обеспечивающем глубокое проникновение в живые ткани», — рассказал одна из авторов исследования Кристина Кисель, кандидат химических наук, научный сотрудник кафедры общей и неорганической химии Санкт-Петербургского государственного университета.
Разработанный учеными класс комплексов рения(I) отвечает этим требования — он очень чувствителен к недостатку кислорода а также избирательно и прочно встраивается в коллагеновую сеть, что позволяет использовать его для длительных исследований в режиме реального времени.
Эксперименты на мышах показали, что с помощью синтезированного соединения можно не только отличать ткани опухоли от здоровых тканей, но и регистрировать уровень насыщения тканей кислородом в областях, где много сосудов и где кровоснабжение отсутствует, как при ишемии. Ни одна другая метка ранее не показывала подобные результаты.
«Дальнейшее развитие данного направления исследований откроет возможность развернутой диагностики онкологических заболеваний и состояний, когда нарушается кровоснабжение тканей. В дальнейшем мы попробуем создать соединения рения, способные специфически связываться с определенными типами опухолей. Также в планах ввести в оболочку метки функциональные группы, реагирующие на изменение других важных физиологических параметров, например рН, что значительно расширит их диагностический потенциал», — добавила руководитель гранта РНФ Юлия Шакирова, кандидат химических наук, доцент кафедры общей и неорганической химии Санкт-Петербургского государственного университета.
Статья по проекту, поддержанному грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликована в журнале Advanced Science.