Учёные создали безметальные молекулы, светящиеся красным и улучшающие контраст МРТ

Флуоресцентная микроскопия и магнитно-резонансная томография — мощные инструменты медицины и биологических исследований, но каждая имеет свои ограничения. Флуоресцентная визуализация позволяет видеть клетки и биологические процессы с высоким разрешением, но не проникает глубоко в ткани. МРТ, напротив, захватывает изображения из глубины организма, но теряет разрешение на уровне отдельных клеток. Кроме того, современные МРТ-контрастные агенты содержат парамагнитные металлы, такие как гадолиний, которые могут вызывать побочные эффекты.

Новый подход: объединение двух методов

Команда под руководством доцента Кена Альбрехта из Института химии и инженерии материалов Университета Кюсю опубликовала в журнале Advanced Science результаты разработки водорастворимой безметальной молекулы, которая одновременно работает в флуоресцентной визуализации и служит МРТ-контрастным агентом.

«Создание такой молекулы сложно, потому что механизмы работы этих двух технологий различаются, — объясняет Альбрехт. — При флуоресцентной визуализации молекула поглощает и переизлучает определённые длины волн света, которые мы затем регистрируем. МРТ работает, обнаруживая молекулярный спин атомов водорода в молекулах воды в организме. Контрастный материал помогает улучшить чёткость полученного изображения».

Люминесцентные органические радикалы как основа

Исследователи сосредоточились на молекулах, называемых люминесцентными органическими радикалами, которые производят флуоресценцию и молекулярный спин. Однако предыдущие исследования показали, что эти молекулы были гидрофобными, что ограничивало их применение в биологических системах.

Команда работала с молекулой трис(2,4,6-трихлорфенил)метил (TTM) — люминесцентным органическим радикалом, который производит флуоресценцию и функционирует как МРТ-контрастный агент. Первое поколение разработанных молекул показало хорошую МРТ-активность, но имело чрезвычайно слабую флуоресценцию. Исследователи продолжили оптимизацию молекулы, чтобы сделать её водорастворимой и улучшить её флуоресцентную активность.

Две новые молекулы с улучшенными свойствами

В итоге команда разработала две молекулы: TTM-trisTP3B и TTM-trisTP9B. Обе молекулы связаны в трёх направлениях с водорастворимыми группами и производят глубокую красную флуоресценцию в воде.

TTM-trisTP3B была протестирована в живых клетках и подтверждена излучать флуоресценцию вокруг ядра клетки, продолжая светиться по крайней мере 24 часа. Обе молекулы повысили контраст МРТ-фантомных изображений примерно в 2,5–4,5 раза больше, чем ранее сообщалось для водорастворимых TTM-радикалов.

Перспективы и следующие шаги

Хотя полезность этих новых молекул ещё требует дальнейшего исследования, полученные результаты представляют стратегию, объединяющую флуоресценцию с МРТ-функциональностью и потенциально улучшающую биовизуализацию в фундаментальных исследованиях и медицинской диагностике.

«Нам придётся провести исследования на животных, чтобы дальше изучить жизнеспособность этих молекул, но текущие результаты устанавливают важное подтверждение концепции для безметальной флуоресцентной/МРТ двухмодальной визуализации», — заключает Альбрехт.

Исследователь также отметил, что люминесцентные органические радикалы привлекли внимание в квантовой информатике, квантовом зондировании и передовых электронных материалах. Полученные результаты могут служить основой для будущих квантовых технологий зондирования.

Это данные исследования, а не медицинский совет.