Российские ученые вместе с зарубежными коллегами предложили новый светящийся краситель на основе комплекса рения(I). Он чувствителен к нехватке кислорода, которая наблюдается при опухолях и ишемии тканей. Его применение будет безопасно и почти безболезненно для пациента, а способность заякориваться в коллагене обеспечит точные наблюдения в режиме реального времени. С исследованием, поддержанным грантом Российского научного фонда (РНФ), можно ознакомиться в журнале Advanced Science.
Недостаток кислорода, или гипоксия, очень опасен для тканей аэробных существ. Он нарушает обеспечение клеток энергией, снижает скорость обмена веществ. Подобные процессы сопровождают и опасные патологии, например раковые заболевания. Гипоксия помогает опухоли: с одной стороны, в таких условиях не работают системы контроля за ростом новообразований, а с другой активируются механизмы образования новой сети кровеносных сосудов. Именно она будет питать раковую опухоль, а еще станет комфортным путем для образования метастазов.
Уровень кислорода в опухоли варьирует в зависимости от ее развития, а также отличается в разных участках. Это дает возможность точно определить, что происходит с новообразованием и каковы его границы. Для подобных исследований чаще всего используют микроскопические электроды: при помощи особых игл их вводят непосредственно в пораженный орган. Очевидно, что такая пункция довольно неприятна: неминуемо кровотечение, высока вероятность воспалительных реакций.
Ученые разрабатывают новые, менее травматичные подходы. Среди них очень перспективны оптические методы: инъекцией вводят светящееся соединение, а затем смотрят за его распределением в месте возникновения новообразования. Метки чрезвычайно чувствительны к гипоксии, особенно с учетом того, что уровень кислорода в здоровых тканях может быть в 7 раз выше, чем в опухоли.
К подобным метками есть определенные требования, поясняет кандидат химических наук, научный сотрудник кафедры общей и неорганической химии Санкт-Петербургского государственного университета Кристина Кисель, соавтор работы. Они должны быть минимально токсичны, иметь высокую стабильность и хорошо растворяться в физиологических средах.
«Для эффективного детектирования необходима люминесцентная метка с высоким квантовым выходом излучения, высокой чувствительностью к концентрации кислорода и возбуждением в диапазоне длин волн, обеспечивающем глубокое проникновение в живые ткани», — добавляет Кисель.
Исследователи Санкт-Петербургского государственного университета (Санкт-Петербург) вместе с коллегами из университета Восточной Финляндии (Йоэнсуу) и Национального университета Тайваня (Тайбей) создали новые комплексы рения(I), отвечающие высоким требованиям к меткам. С помощью врачей Национального университета Тайваня и университета Макао (КНР) авторы показали их эффективность в различении опухолевых и здоровых клеток мышей, а также участков с хорошим и плохим кровоснабжением. Кроме того, новая метка долго задерживается в тканях: секрет в ее способности надежно заякориваться в коллагене.
«Дальнейшее развитие данного направления исследований откроет возможность развернутой диагностики онкологических заболеваний и состояний, когда нарушается кровоснабжение тканей», — уверена кандидат химических наук, доцент кафедры общей и неорганической химии Санкт-Петербургского государственного университета Юлия Шакирова, руководитель гранта РНФ.
В перспективе исследователи рассчитывают разработать соединения рения, которые будут способны связываться с конкретными типами опухолевых тканей. Кроме того, можно сделать диагностический потенциал меток шире, если ввести в их оболочку функциональные группы, реагирующие на изменение других важных физиологических параметров, например рН.