ИЗУЧЕНИЕ ВИЗУАЛИЗАЦИОННЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ СУПЕРПАРАМАГНИТНЫХ НАНОЧАСТИЦ ЖЕЛЕЗА С МОНОМОЛЕКУЛЯРНЫМ УГЛЕРОДНЫМ СЛОЕМ

n>Екатеринбургском университете. Контрастные препараты были созданы в Том ском Политехническом университете на кафедре органического синтеза.

Изучение потенциальной эффективности контрастирования МР изображений изучаемыми веществами на Т1 и Т2взвешенных изоб ражениях проводили с помощью релаксивности величине, обратно пропорциональной времени релаксации.

Указанный параметр измеряли в экспериментах с фантомами. Рассчитывали величину релаксивности для каждого фантома в Т1 и Т2взвешенных изображениях и рассчитывали величину R1 и R2 всего раствора путем линейной интерпаляции.

Релаксивность R1 определяли методом «инверсиявосстановление»: в режиме turbospinecho с инверсиейвосстановлением при времени TI = 11 мс – 1500 мс, TR = 2000 мс, ТЕ = 10 мс, толщина среза

10 мм.

Апроксимация кривых проводилась с использованием зависимо сти S = A+A1*(12*exp(TI/t1)+exp(2000/t1)).

Релаксивность R2 определяли в режиме TurboSpinEcho при фик сированном времени TR = 5000 мс и при изменении времени эхо ТЕ =

60 – 120 мс, толщина среза 10 мм. Апроксимация кривых проводилась с использованием зависимости y = A1*exp(x/t1) + y0.

Для изучения кинетики контрастных препаратов в организме про водились эксперименты на животных. Исследования были выполнены

на 6 мышахсамках, массой 2025 г, с экспериментальной опухолью

Эрлиха в мягких тканях бедра, с введением 1 мл Fe@C, концентрацией

0,1 мг/мл непосредственно в опухоль и внутрибрюшинно. Также прово дились исследования на 5 крысахсамцах породы Vistar, весом 270 –

310 г, с внутривенным введением 1 мл контрастных препаратов Fe@C, Fe@CCOOH, Fe@CC6H13 концентрацией 0,1 мг/мл.

Для обеспечения неподвижности использовался наркозный препарат Золетил100 – препарат для общей анестезии. После проведения анестезии животных фиксировали в положении на спине и помещали в центр магнитного поля томографа. Для исследования использовалась жесткая катушка для позвоночника с высоким соотношением уровня сигнал/фон.

С учетом преобладания суперпарамагнитных свойств исследуе мых препаратов динамика изменений интенсивности МРизображения

оценивалась преимущественно в Т2взвешеннном режиме по протоколу TurboSpinEcho при фиксированном времени TR = 3500 мс и при изменении времени эхо ТЕ = 60 – 120 мс, толщина среза 10 мм.

Общая продолжительность сканирования составляла от 40 до 60 минут. Сначала выполнялась нативная МРТ, без введения контрастно го препарата, затем крысам внутривенно вводился контрастный препарат и сканирование продолжалось.

Для сравнительной оценки контрастирующей активности исполь зовалось отношение контрастфон (CNR), рассчитываемое для печени. CNR рассчитывалось как отношение интенсивности области интереса (ткань печени) к величине стандартного отклонения от фона [1, 2, 3].

Результаты и обсуждения. При проведении релаксометрии, были

получены следующие результаты: релаксивность R1 для Fe@C со ставляет 13,294 мМ1с1, для 4 – карбоксифени (гидрофильный) – 3,153 мМ1с1, для 4 – гексилфенил (липофильный) – 91,558 мМ1с1, для Feridex (SPIOs) – 10 мМ1с1, для Combidex (USPIOs) – 15 мМ1с1. Ре лаксивность R2 для Fe@C составляет 130 мМ1с1, для 4 – карбоксифе ни (гидрофильный) – 38,16 мМ1с1, для 4 – гексилфенил (липофиль ный) – 362,26 мМ1с1, для Feridex (SPIOs) – 104 мМ1с1, для Combidex (USPIOs) – 97 мМ1с1. Соотношение R2/R1 для Fe@C составляет 9,78, для 4 – карбоксифени (гидрофильный) – 12,1, для 4 – гексилфенил (липофильный) – 3,96, для Feridex (SPIOs) – 10,4, для Combidex (USPIOs) – 6,5.

Высокая релаксивность указывает на лучшее взаимодействие кон трастных средств с соседствующими протонами воды. Это результат быстрой релаксации протонов и усиления сигнала. Если вещество имеет высокую релаксивность, то теоретически возможно понизить до зу контрастного агента с сохранением эффекта релаксации.

наибольшей релаксивностью R1 обладает липофильное контрастное вещество 4гексилфенил, наименьшей – гидрофильный препарат 4 карбоксифенил. Также все контрастные препараты имеют высокую ре лаксивность R2, причем у контрастного вещества 4гексилфенил она значительно выше. Контрастные препараты Feridex (SPIOs) и Combidex (USPIOs) синтезированы в США, данные взяты из литературы и пред ставлены в работе для сравнения [3].

Также важно соотношение R2/R1, показывающее во сколько раз релаксивность R2 превышает релаксивность R1. Чем больше данное отношение, тем в большей степени контрастное вещество подавляет

интенсивность Т2взвешенных изображений, при отсутствии значимого эффекта на Т1взвешенных изображениях. Наибольшим соотношением R2/R1 обладает гидрофильное вещество 4карбоксифенил, наименьшим – липофильный препарат 4гексилфенил.

Изучение кинетики контрастных препаратов производилось в пи лотных экспериментах на животных. При введении карбонизированных наночастиц железа мышам с экспериментальной опухолью Эрлиха непосредственно в строму опухоли, отмечалось хорошо визуализируе мое подавление Т2взвешенного изображения центральной кистозной

области практически до уровня фона.

При введении контрастных препаратов крысам было также уста новлено легко визуализируемое подавление интенсивности Т2 взвешенного изображения практически до уровня фона во всѐм объѐ ме распространения контрастных препаратов.

Зависимость изменения параметра сигнал/шум от времени различаются у исследуемых контрастных препаратов. Так, исходя из полу ченных данных, можно предположить, что вещества Fe@C и 4 карбоксифенил кумулируются в печени на 3 и 21 минуте соответствен но, тогда как контрастный препарат 4гексилфенил циркулирует в крови в течение всего времени проведения исследования.

Выводы.

1. Релаксивность поверхностно модифицированных растворов Fe@CС6Н4COOH, Fe@CС6Н4C6H13 отличается от релаксивности Fe@C,

поверхностная модификация изменяет параметры фармакокинетики;

2. Полученные контрастные препараты Fe@C, Fe@CС6Н4COOH, Fe@CС6Н4C6H13 наиболее эффективно влияют на время Т2 релаксации, что позволяет их отнести к суперпарамагнитным Т2 негативным контрастным соединениям;

3. Соединение Fe@CС6Н4C6H13 скорее всего достаточно стойкое и длительно циркулирует в крови;

4. Требуется дальнейшее детальное статистическое исследование по лученных результатов.

таний после проведенного исследования, следовательно контрастные препараты вероятнее всего безопасны, однако требуется дальнейшее детальное исследование токсичности.

Список литературы:

1. Бородин О. Ю., Белянин М. Л., Филимонов В. Д., Ермаков А. Е., Федущак Т. А., Постников П. С., Антипов С. А., Усов В. Ю. Возможность применения суперпара магнитных поверхностно карбонизированных наносфер в качестве контрастного препарата для Т2взвешенных МРтомографических исследований. // Медицин ская визуализация. Спец. выпуск. – 2009. – С. 6970.

2. Чижиков В. И. Практикум по магнитному резонансу / В. И. Чижиков. – СПб.: Изд.

С. Петербургского университета, 2009. – 254 с.

3. Jin Hyung Lee, Sarah P. Sherlock, Masahiro Terashima. Highcontrast in vivo visual ization of microvessels using novel FeCo/GC magnetic nanocrystals. Magnetic Res onanse in Medicine, 2008 62:1497 – 1509 (2009).

Материал взят из: Медикобиологические науки: достижения и перспективы (г. Томск, 10-11 ноября 2011 г.): сборник материалов I Всероссийской научной студенческой конференции