Новый железосодержащий контрастный препарат обеспечивает более безопасное сканирование сердца при МРТ

Исследовательская группа по биомолекулярным нанотехнологиям под руководством профессора-исследователя Икербаска Айцибера Л. Кортахарены из CIC biomaGUNE разработала новый контрастный агент на основе железа для магнитно-резонансной томографии, который можно использовать как для диагностики, так и для лечения. В исследовании, проведенном на выращенной в лаборатории ткани сердца человека, было доказано, что контрастное вещество накапливается в фиброзной ткани, что интенсивность его сигнала на МРТ-изображении увеличивается с тяжестью заболевания и замедляет прогрессирование заболевания.

Исследование, проведенное Кортахареной в сотрудничестве с группой Аны Вильяр из Института биомедицины и биотехнологии Кантабрии (IBBTEC, UC-CSIC), было опубликовано в престижном научном журнале. Передовые функциональные материалы. Это открывает путь к возможной альтернативе гадолинию, металлу, который в настоящее время используется почти во всех МРТ с контрастным усилением.

Сердечный фиброз

Сердечный фиброз является одним из основных факторов, приводящих к сердечной недостаточности — заболеванию, от которого страдают миллионы людей во всем мире. В настоящее время не существует одобренного лечения, специально предназначенного для замедления этого состояния. Когда сердце повреждено или находится под длительным напряжением (например, после сердечного приступа или из-за гипертонии), начинается процесс восстановления, аналогичный заживлению пореза на коже. Процесс производства коллагена активируется для восстановления и укрепления тканей. Однако этот процесс часто не останавливается: коллаген продолжает накапливаться, сердце становится жестким, и ему становится все труднее правильно наполнять и перекачивать кровь.

Одним из методов, используемых в настоящее время для диагностики фиброза сердца, является МРТ. Во многих случаях пациенту внутривенно вводят контрастное вещество, почти всегда на основе гадолиния, который удерживается в поврежденных участках и заставляет их засветляться на снимке. Хотя гадолиний работает очень хорошо, у него есть ряд недостатков. Это чужеродный для организма металл. Его применение ограничено у людей с почечной недостаточностью, известно, что небольшие количества его могут сохраняться в различных тканях в течение многих лет. Это особенно актуально для пациентов, которым требуются повторные МРТ для мониторинга прогрессирования заболевания, как в случае с фиброзом сердца.

Атомы железа, инкапсулированные в специально разработанный белок

По этой причине в течение многих лет исследователи пытались разработать контрастные вещества на основе железа — металла, который организм знаком и умеет хранить и выводить. Однако существует проблема с существующими контрастными веществами на основе железа, поскольку они вместо освещения поврежденного участка затемняют его, что затрудняет различение его на снимках. Многие из них даже были сняты с рынка. Группа, возглавляемая Кортахареной, научным директором CIC biomaGUNE, смогла «преодолеть эти проблемы с помощью дизайнерских белков», объясняет исследователь CIC biomaGUNE Лидия Мартинес Парра, ведущий автор исследования.

Мартинес добавляет: «Контрастное вещество состоит из специально разработанного белка, который инкапсулирует и изолирует мельчайшие кластеры атомов железа размером примерно 1,4 нанометра (примерно в 50 000 раз тоньше волоса). Стоит также отметить, что это соединение безопаснее для организма, стабильно, выделяет очень мало железа и малотоксично для клеток. Кроме того, его легко и устойчиво производить, поскольку оно производится в воде, без токсичных реагентов или экстремальных условий».

Выращенное в лаборатории фиброзное сердце

Группа CIC biomaGUNE проверила эффективность контрастного вещества в сердечной ткани, созданного с помощью 3D тканевой инженерии с использованием клеток сердца пациентов, разработанного группой Аны Виллар (IBBTEC, UC-CSIC). Эти ткани повторяют определенные характеристики фиброза сердца, такие как накопление коллагена и увеличение жесткости тканей, и позволяют оценивать новые терапевтические стратегии в более репрезентативных условиях, чем традиционные клеточные культуры.

Таким образом, исследовательская группа подтвердила, что контрастное вещество движется и накапливается преимущественно в фиброзной ткани, что сигнал на МРТ увеличивается с тяжестью фиброза и что он замедляет его прогрессирование, поскольку снижает выработку и хранение коллагена и предотвращает ригидность ткани. «То есть, этот материал не только указывает на место повреждения, но и демонстрирует антифиброзную активность в изученных моделях», — говорит профессор-исследователь Кортахарена. Это «тераностический» агент, который предлагает диагностику и лечение в одном и том же материале».

Мартинес отмечает, что «это новое соединение позволяет достичь контраста при магнитно-резонансной томографии, сравнимого с контрастом веществ на основе гадолиния. Оно также сохраняет эту способность как в магнитных полях, обычно используемых в клинической практике, так и в более сильных магнитных полях, используемых в доклинических исследованиях». Соединение, образованное атомами железа, инкапсулированными в белок, делает ткань яркой на МРТ.

Команда, проводившая исследование, утверждает, что «еще есть способ добраться до пациента. На данный момент этот новый контрастный агент тестируется на клетках и тканях человека в лаборатории. Следующим шагом будет его изучение, чтобы его можно было использовать в клинической практике, чтобы увидеть, как он распределяется и выводится из организма и как он ведет себя на реальном кардиосканере. Наша цель состоит в том, чтобы в будущем пациенты с фиброзом сердца, в том числе те, кто не может получать гадолиний, могли пройти более безопасный визуализирующий тест, который также является частью их лечения.