Нанотехнологии однажды могут помочь врачам обнаруживать самые ранние стадии серьезных заболеваний, таких как рак, предполагает новое исследование.
Это достигается за счет улучшения качества изображений, получаемых с помощью одного из наиболее распространенных диагностических инструментов, используемых в кабинетах врачей, - ультразвукового аппарата.
В лабораторных экспериментах на мышах ученые обнаружили, что наночастицы, вводимые животным, улучшали получаемые изображения. Это исследование является одним из первых отчетов, показывающих, что ультразвук может обнаруживать эти крошечные частицы, когда они находятся внутри тела, сказал Томас Розол, соавтор исследования и декан колледжа ветеринарной медицины в Университете штата Огайо.
«Учитывая их крошечный размер, никто не думал, что ультразвук сможет обнаруживать наночастицы», - сказал он.
Оказывается, ультразвуковые волны не только могут чувствовать наночастицы, но и частицы могут осветлить результирующее изображение. Однажды эти яркие пятна могут указывать на то, что несколько клеток в этом районе находятся на грани мутации и выхода из-под контроля.
«Долгосрочная цель состоит в том, чтобы использовать эту технологию для улучшения нашей способности выявлять рак на самых ранних стадиях и другие заболевания», - сказал Цзюнь Лю, соавтор исследования и доцент кафедры биомедицинской инженерии в Университете штата Огайо.. «В конечном итоге мы хотим идентифицировать болезнь на клеточном уровне, на самой ранней стадии».
Исследование опубликовано в текущем выпуске журнала Physics in Medicine and Biology.
Исследователи вводили раствор наночастиц диоксида кремния в хвостовую вену каждой мыши. Затем они анестезировали животных и клали их на спину на теплый стол для визуализации.
Росол сказала, что Лю и ее команда работают над созданием биоразлагаемых наночастиц. Однако для целей этого исследования исследователи хотели использовать твердое вещество, кремнезем, чтобы посмотреть, сработает ли их идея. Самые сильные ультразвуковые сигналы возникают при отражении звуковых волн от твердой поверхности. Хотя наночастицы, использованные в исследовании, не поддавались биологическому разложению, они были биологически инертны.
Исследователи делали ультразвуковые снимки печени животных каждые пять минут в течение 90 минут после инъекции. Наночастицы накапливались в печени животных. Еще одним будущим шагом в этой работе является маркировка наночастиц своего рода молекулярной дорожной картой, которая будет направлять частицы в определенные места в организме.
«Печень поглощает чужеродные вещества в организме, поэтому неудивительно, что именно там мы видели частицы», - сказал Росол. «Но в конечном итоге мы хотим, чтобы эти частицы попадали в молочные железы или другие интересующие нас ткани».
Ультразвуковые изображения становились ярче в течение 90 минут. Исследователи сравнили эти изображения с изображениями группы контрольных мышей, которым вводили физиологический раствор. У контрольных мышей после этой инъекции не было изменений яркости ультразвукового изображения.
Хотя это исследование все еще находится в зачаточном состоянии, Розоль и его коллеги предвидят день, когда нанотехнологии смогут предупредить врача о начале рака или болезни сердца, возможно, у женщины, в семейной истории которой есть рак молочной железы:
«Ее врач может ввести в грудь наночастицы, и полученное ультразвуковое изображение предупредит врача о любых подозрительных участках в ткани, даже на клеточном уровне», - сказал Росол.
Надеюсь, что сочетание ультразвука и нанотехнологий может поставить окончательный диагноз вместо такой инвазивной процедуры, как биопсия.
«Эти наночастицы могут позволить врачам очень быстро проводить скрининг опухолей и, возможно, во многих случаях уменьшить потребность в биопсии», - сказал Лю.
Наночастицы меньше любой клетки в организме человека, поэтому они могут проходить через стенки протекающих кровеносных сосудов или капилляров опухолевой ткани и фактически проникать в опухоль.
«До сих пор никто не знал, что эти частицы будут делать в крови», - сказал Росоль. «Но они попали в печень.
И, несмотря на их крошечный размер, наночастицы все еще достаточно велики, чтобы нести полезную нагрузку медицины, сказал Росол.
«То, что частицы попали в печень, говорит о том, что их можно использовать для доставки токсичных химиотерапевтических препаратов, которые действовали бы локально на ткань, в месте опухоли, и не оказывали бы столь выраженного влияния на остальные тела, - сказал Росоль. «Проблема с химиотерапией заключается в том, что препарат воздействует на весь организм, вызывая множество проблем, таких как выпадение волос, диарея и анемия».
Росол и Лю провели исследование с коллегами из различных академических отделов штата Огайо: Андреа Левин и Мамору Ямагучи, оба с биологическими ветеринарными науками; Джон Маттун с ветеринарными клиническими науками; Роберт Ли с аптекой; и Xueliang Pan со статистикой.