Регистрация / Вход
Прислать материал

Фторуглеродные соединения в биомедицинских исследованиях in vivo с применением мультиядерной МРТ визуализации

Номер контракта: 14.604.21.0060

Руководитель: Хохлов Алексей Ремович

Должность руководителя: заведующий кафедрой и лабораторией

Докладчик: Пирогов Юрий Андреевич, профессор

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
перфторуглероды (пфу), наночастицы, 1h магнитно-резонансная томография, 19f магнитно-резонансная томография, парамагнитные ионы

Цель проекта:
- Разработать новые научно-методические подходы по созданию двухмодальных контрастирующих препаратов в магнитно-резонансной томографии (МРТ), предназначенных для медицинской диагностики на базе существующего лекарственного препарата Перфторан. - Разработать мультиядерные МРТ методики и создать нормативно-технические документы, регламентирующие МРТ исследования с функциями получения совместных изображений тканей, содержащих протоны, а также ядра фтора и более тяжелые ядра.

Основные планируемые результаты проекта:
Основные планируемые результаты на весь срок проекта:
- Создание двухмодальных контрастирующих препаратов в МРТ для медицинской диагностики на базе существующего лекарственного препарата Перфторан.
- Разработка мультиядерных МРТ методик, а также нормативно-технических документов, регламентирующих МРТ исследования с функциями получения совместных изображений тканей, содержащих протоны, а также ядра фтора и более тяжелые ядра.
На 2015 год была запланирована разработка двухмодальных контрастирующих препаратов в МРТ с улучшенными контрастными свойствами для медицинской диагностики на базе существующего лекарственного препарата Перфторан.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
В ходе выполнения проекта будут разработаны новые научно-методические подходы к созданию двухмодальных контрастирующих препаратов в МРТ, предназначенных для медицинской диагностики на базе существующего лекарственного препарата Перфторан, будут разработаны МРТ методики получения совместных изображений тканей, содержащих протоны, а также ядра фтора и более тяжелые ядра.
В результате впервые в мире появится новое техническое решение 19F-МР-контрастирования жизненно важных органов (легкие, желудок, кишечник) и сосудов (19F-МР-ангиография). Разрабатываемые методики позволят усовершенствовать медицинскую диагностику не только в России, но и в странах, в которых разрешено применение препарата Перфторан или других перфторуглеродов.
Проводимые исследования не уступают мировому уровню.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разрабатываемые методики получения совместных МРТ-изображений тканей, содержащих протоны, а также ядра фтора и более тяжелые ядра, будут использоваться в медицинской диагностике. Они могут применяться на любых томографах, настроенных на резонансные частоты соответствующих ядер.
Благодаря разрабатываемым методикам, будет усовершенствована медицинская диагностика организма. Это приведет к повышению информативности МРТ-изображений и улучшению качества медицинской диагностики, что позволит выявить патологии на более ранних этапах их развития, что, в свою очередь, приведет к снижению риска смертности населения не только в России, но и в других странах мира. В связи с этим следует ожидать выход российских контрастирующих препаратов на основе фторуглеродов на международный рынок и/или создание их аналогов в других странах.

Текущие результаты проекта:
Исследования 2015 года были посвящены разработке двухмодальных контрастирующих препаратов в МРТ с улучшенными контрастными свойствами на базе существующего лекарственного препарата Перфторан. Основной подход состоял во введении во фторуглеродные эмульсии (в частности, Перфторан) агентов, повышающих МРТ-контрастные свойства системы.
Для повышения контраста МРТ-изображений на ядрах 19F с использованием Перфторана синтезирован новый контрастный агент - стабильный перфторированный радикал - перфтор-2-4-диметил-3-этил-3-пентил, обладающий парамагнитными свойствами и неограниченной растворимостью в перфторуглеродных компонентах Перфторана. Радикал апробирован в качестве МРТ-контрастного соединения как отдельно, так и в смеси с перфтордекалином, составляющим основу препарата Перфторан. Показано, что добавление радикала к перфтордекалину приводит к существенному уменьшению T1- и T2-времен релаксации ядер 19F. Замещая в Перфторане часть перфтордекалина на перфторированный радикал, можно получить эмульсию Перфторан с более короткими T1- и T2-временами релаксации ядер фтора, что приведет к значительному сокращению времени сканирования и увеличению отношения сигнал/шум в 19F-МРТ-изображениях. Проведена апробация полученного радикала в опытах in vivo. Показано, что в присутствии радикала получение 19F-МРТ-изображений происходит в два раза быстрее, чем с чистым Перфтораном, при одинаковом отношении сигнал/шум. Таким образом, синтезированный перфторированный радикал может служить эффективным контрастирующим агентом для получения МРТ-изображений на ядрах 19F с использованием Перфторана.
Для усиления сигналов протонов при получении совместных МРТ-изображений на ядрах 1Н и 19F разработаны методы включения комплексов гадолиния и других парамагнитных металлов на поверхность капель Перфторана и других фторуглеродных эмульсий. В качестве положительных контрастных агентов выбраны хелаты гадолиния, широко применяемые в медицине: дотарем, гадовист, магневист и омнискан. Предложен эффективный и простой метод включения хелатов гадолиния в эмульсии перфторуглеродов. Он позволяет локализовать более 96% введенных ионов гадолиния в требуемом месте системы, а именно на поверхности капель эмульсии в адсорбционном слое ПАВ. Для этого не требуется введения в систему никаких дополнительных веществ, кроме самого хелата гадолиния. Методика является универсальной, т.е. применимой к любым хелатам гадолиния независимо от их заряда (неионные или ионные) и структуры (линейные и циклические). Внедрение хелатов гадолиния на поверхность капель не приводит к дестабилизации эмульсии. В качестве отрицательных контрастирующих агентов для введения в Перфторан выбраны парамагнитные наночастицы оксидов железа (магнетита и маггемита), широко используемые в МРТ исследованиях в медицине. Синтезированы стабильные однодоменные наночастицы магнетита и маггемита со средним диаметром 4-8 нм. Разработан способ их внедрения в капли эмульсии Перфторана. Наличие наночастиц на каплях эмульсии подтверждено данными просвечивающей электронной микроскопии. Показано, что включенные в капли наночастицы не влияют на размер капель эмульсии и не приводят к ее дестабилизации.
Из положительных контрастирующих агентов наиболее сильный эффект на ЯМР-характеристики Перфторана выявлен в случае гадовиста, уменьшающего Т1-время релаксации протонов Перфторана практически в 100 раз. В свою очередь отрицательный контрастирующий агент магнетит в 47 раз понижает Т2-время релаксации протонов Перфторана. Это делает фторуглеродные эмульсии (ФУЭС), модифицированные добавками парамагнитных металлов (гадолиния или железа), эффективными двухмодальными контрастными агентами для получения совместных 1Н- и 19F-МРТ-изображений.
Наработан контрастный агент (перфтор-2,4-диметил-3-этил-3-пентил радикал), проникающий внутрь капель ФУЭС и понижающий Т1- и Т2-времена релаксации ядер фтора-19, а также 9 образцов ФУЭС с контрастными агентами, понижающими T1-время релаксации протонов (хелатами гадолиния), и с контрастными агентами, понижающими T2-время релаксации протонов (наночастицами магнетита и маггемита).
Исследована токсичность образцов модифицированных ФУЭС Перфторан – гадовист и Перфторан – омнискан на аутбредных крысах. Установлено, что полученные в рамках проекта эмульсии Перфторан - гадовист и Перфторан - омнискан по токсическим свойствам практически не отличаются от зарегистрированных на территории РФ препарата гадовист производства Schering (Германия) и препарата омнискан производства Nycomed (Австрия), соответственно.
Проведен подбор новых стабилизаторов перфторуглеродных эмульсий. Выбраны стабилизаторы, включающие блоксополимер Плюроник-127 и триоктаноат глицерина. Последний, как мы полагаем, может выполнять роль олеофильного промежуточного слоя, который, во-первых, может обеспечить большую прочность адсорбционного слоя, во-вторых, стать дополнительным барьером при Освальдовом созревании перфторуглеродных эмульсий и, в-третьих, обеспечить таким эмульсионным системам возможность транспортировать маслорастворимые лекарства или красители для дополнительных диагностических процедур.
Для изучения влияния ориентации и положения парамагнитных контрастирующих частиц в каплях эмульсии на МРТ-контрастные свойства синтезированы наночастицы окиси гадолиния с гидрофильной поверхностью для локализации в полимерном слое на поверхности капель и с олеофильной поверхностью для локализации в объеме капель эмульсии. Гидрофильную поверхность частиц создавали добавлением триблок-сополимера окиси этилена и окиси пропилена, а олеофильную поверхность получали путем введения перфторуглеродных групп. Требуемая локализация наночастиц в каплях эмульсии подтверждена данными просвечивающей электронной микроскопии.
Таким образом, в 2015 году в рамках проекта получен целый ряд контрастных агентов и проведено их внедрение в капли перфторуглеродных эмульсий (в том числе Перфторана), что позволило существенно повысить контраст как МРТ-изображений на ядрах 19F, так и совместных МРТ-изображений на ядрах 1Н и 19F, в том числе в опытах in vivo.