Метаболит фумарат может выявить повреждение клеток: новый метод получения фумарата для МРТ

Многообещающая новая концепция, опубликованная междисциплинарной исследовательской группой в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), открывает путь к крупным достижениям в области магнитно-резонансной томографии (MRI). Их новая методика может значительно упростить гиперполяризованную МРТ, которая была разработана около 20 лет назад для наблюдения за метаболическими процессами в организме. Предложение включает гиперполяризацию продукта метаболизма фумарата с использованием параводорода и последующую очистку метаболита.

«Этот метод будет не только проще, но и намного дешевле, чем предыдущая процедура», – сказал руководитель проекта доктор Джеймс Эйлс, член исследовательской группы профессора Дмитрия Будкера из Университета Йоханнеса Гутенберга в Майнце (JGU) и Гельмгольца. Институт Майнца (HIM). В проекте также приняли участие ученые из области химии, биотехнологии и физики из Технического университета Дармштадта, Технического университета Кайзерслаутерна, Калифорнийского университета в Беркли в США, Туринского университета в Италии и Саутгемптонского университета в Англии.

Фумарат – ключевой биосенсор для гиперполяризованной визуализации.

Возможности применения МРТ ограничены из-за ее низкой чувствительности, а методика по существу ограничена наблюдением молекул воды в организме. Поэтому исследователи постоянно работают над различными способами улучшения МРТ. Крупный прорыв был достигнут около 20 лет назад, когда была впервые разработана гиперполяризованная магнитно-резонансная томография: поскольку гиперполяризованные молекулы излучают значительно более сильные сигналы МРТ, также можно визуализировать вещества, присутствующие в организме только в низких концентрациях. Путем гиперполяризации биомолекул и введения их пациентам можно отслеживать метаболизм в режиме реального времени, тем самым предоставляя врачам гораздо больше информации.

Гиперполяризованный фумарат – перспективный биосенсор для визуализации метаболических процессов. Фумарат – это метаболит цикла лимонной кислоты, который играет важную роль в выработке энергии живыми существами. Для визуализации фумарат помечен углеродом-13, поскольку атомные ядра этого изотопа могут быть гиперполяризованными. Динамическая ядерная поляризация – это современный метод гиперполяризации фумарата, но он дорог и относительно медленен. Необходимое оборудование стоит от одного до двух миллионов евро. «Динамическую ядерную поляризацию очень сложно использовать в повседневной клинической практике из-за связанных с этим высоких затрат и технической сложности. Используя параводород, мы можем гиперполяризовать эту важную биомолекулу экономичным и удобным способом», – сказал д-р Стефан Кнехт из TU Дармштадт,

Новый метод гиперполяризации и очистки фумарата для последующего использования в качестве биосенсора.

Группа исследователей под руководством доктора Джеймса Эйлса уже некоторое время работает над этой концепцией. «Мы совершили значительный прорыв, поскольку наш подход не только дешев, но также быстр и прост в использовании», – подчеркнул Эиллс. Однако поляризация, индуцированная параводородом, или сокращенно PHIP, также имеет свои недостатки. Низкий уровень поляризации и большое количество нежелательных сопутствующих веществ особенно проблематичны в случае этого основанного на химии метода. Помимо прочего, для переноса поляризации от параводорода на фумарат требуется катализатор, который остается в реакционной жидкости, как и другие побочные продукты реакции. «Химические загрязнители должны быть удалены из раствора, чтобы он был биосовместимым и его можно было вводить живым существам.

Решением этой проблемы является очистка гиперполяризованного фумарата путем осаждения. Затем фумарат принимает форму очищенного твердого вещества и может быть повторно растворен в желаемой концентрации позже. «Это означает, что у нас есть продукт, из которого удалены все токсичные вещества, чтобы его можно было легко использовать в организме», – добавил доктор Джеймс Эйлс. Вдобавок, по сравнению с предыдущими экспериментами с PHIP, поляризация увеличилась до 30–45 процентов. Доклинические исследования уже показали, что визуализация гиперполяризованного фумарата является подходящим методом мониторинга реакции опухоли на терапию, а также для визуализации острых повреждений почек или последствий инфаркта миокарда. Этот новый способ получения гиперполяризованного фумарата должен значительно ускорить доклинические исследования и предоставить эту технологию большему количеству лабораторий.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *