Увидеть и предупредить: новый метод визуализации атеросклеротических поражений

Разработан новый метод визуализации с применением наночастиц. Он позволяет выявить в артериях нестабильные (уязвимые) бляшки, разрыв которых может привести к развитию инфаркта миокарда или инсульта. Метод основан на визуализации наночастиц, которые поглощаются иммунными клетками в нестабильных бляшках. Потенциально этот новый метод визуализации позволит пациентам избежать развития сердечного приступа.

«Мы направляем луч света на артерию, куда перед этим были доставлены определенные типы светопоглощающих частиц, — отметил Брайан Смит (Bryan Smith), директор Лаборатории трансляционного наноиммуноинжиниринга Института количественных медицинских наук и инжиниринга (Translational NanoImmunoEngineering Lab, MSU’s Institute for Quantitative Health Science and Engineering) и доцент Инженерного колледжа Мичиганского государственного университета (Michigan State University’s College of Engineering). — Получаемый при этом звуковой сигнал может использоваться для создания трехмерных изображений».

Иными словами, данный звуковой сигнал, неслышный для человеческого уха, легко улавливается ультразвуковым преобразователем. Благодаря Б. Смиту и его коллегам указанный метод теперь можно использовать для получения прямого изображения атеросклеротических бляшек. Новый метод визуализации исследован в экспериментах на мышах, результаты опубликованы в интернет-версии журнала «Advanced Functional Materials».

«Сила нашей новой техники в ее избирательности, — указывает Б. Смит. — Конечно, существуют и другие методы изображения бляшек, но эту стратегию отличает то, что она клеточная. Мы специально изучаем клетки — макрофаги и моноциты, поскольку именно они обусловливают уязвимость и нестабильность бляшек». Сложно доказать, является ли конкретная бляшка причиной инсульта или сердечного приступа у пациента, однако, по общепринятому мнению, нестабильные бляшки наиболее опасны. Именно они потенциально могут разрушаться и, как следствие, приводить к окклюзии сосудов.

Помимо липидных скоплений, уязвимые бляшки содержат множество иммунных клеток, в том числе макрофагов и моноцитов. Разработанные Б. Смит с коллегами наночастицы состоят из атомов углерода — это крошечные трубочки, тропные к указанным клеткам. После введения мышам частицы связываются с иммунными клетками в бляшках, затем исследователи направляют на артерии лазерный луч. В случае если отмечаются нестабильные атеросклеротические бляшки, содержащие иммунные клетки, частицы поглощают свет и испускают звуковые волны. Акустический сигнал затем преобразуется для выявления и визуализации бляшки.

Б. Смит подчеркнул: «Если исследовать нормальный кровеносный сосуд по сравнению с сосудом с бляшкой, то в последнем гораздо больше макрофагов и моноцитов. И наш метод действительно позволяет визуализировать эти клетки. Практически никакой другой тип клеток не поглощает наночастицы».

Идея объединения света и звука, известная как фотоакустический эффект, возникла у Александра Грэхема Белла (Alexander Graham Bell) в конце 1800-х годов. Тем не менее, чтобы перейти от этой идеи к медицинской диагностике, потребовались годы на развитие таких технологий, как лазеры и ультразвук. Управление по контролю за пищевыми продуктами и лекарственными средствами США (Food and Drug Administration — FDA) одобрило фотоакустический аппарат для выявления рака груди лишь в начале 2021 г.

В будущем врачи смогут визуализировать артериальные бляшки точным и неинвазивным методом с наночастицами благодаря инновационной разработке Б. Смита и его команды. К указанному проекту также присоединились исследователи из Стэнфордского университета (Stanford University) и Университета Эмори (Emory University).

«Такой захватывающий прогресс в наномедицине стал возможен только благодаря нашей многопрофильной группе экспертов, — отметил Эливер Гон (Eliver Ghosn), соавтор проекта и доцент Медицинской школы и Центра иммунологии человека Университета Эмори (Emory University School of Medicine and its Lowance Center for Human Immunology). — В настоящее время отсутствует эффективный способ точно определить местонахождение нестабильных бляшек до того, как их разрыв приведет к сердечному приступу или инсульту. Мы надеемся, что наши исследования помогут это изменить».

В лаборатории Б. Смита изучаются возможности применения наночастиц не только для визуализации, но и с целью доставки лекарственных средств к нестабильным бляшкам. «Если вы зададите вопрос: можно ли объединить эти идеи, разработать комбинацию терапии и диагностики, я думаю, ответ будет абсолютно положительным, — отметил Б. Смит. — Разработки в этой сфере имеют огромный потенциал».

По материалам medicalxpress.com/news