Наночастицы для визуализации помогут кардиологам
newtimer_sharov
12 мая, 23:18
Применение методов регенеративной медицины для восстановления сердечной мышцы пока не принесло значимых клинических результатов. Но новая высокочувствительная методика визуализации, разработанная учеными Школы медицины Стэнфордского университета (Stanford University School of Medicine), может помочь повысить эффективность этого подхода.
«Испытания на организме человека и на животных, в которых стволовые клетки вводились в ткань сердца для лечения тяжелых инфарктов или выраженной сердечной недостаточности, фактически закончились неудачей», – комментирует сегодняшнюю ситуацию в регенеративной кардиологии старший автор исследования профессор кафедры радиологии Сэм Гамбхир (Sam Gambhir), PhD, MD. «Для визуализации иглы, через которую стволовые клетки вводятся в сердце, можно использовать ультразвук. Но как только клетки покидают иглу, их след теряется».
В результате остаются открытыми ключевые вопросы: действительно ли клетки попали в стенку сердца? Если попали, остаются ли они в ней или уходят из сердца? Если они попали в стенку и остались там, как долго они живы? Пролиферируют ли они и дифференцируются ли в кардиомиоциты?
Новая технология поможет ученым и клиницистам получить ответы на эти и многие другие вопросы. Впервые у них появится возможность в режиме реального времени наблюдать, куда именно попадают вводимые стволовые клетки, и отслеживать их дальнейший маршрут.
Невозможность определить первичную локализацию введенных стволовых клеток – только часть проблемы. Стволовые клетки ничем не отличаются от других клеток организма, и, как только они вышли из иглы, их уже невозможно обнаружить. Если в первые недели после введения насосную функцию сердца улучшить не удалось, врачи чаще всего не могут установить причину неудачи. Такая двусмысленность наряду с отсутствием подходящих инструментов для визуализации препятствует оптимизации этого потенциально чрезвычайно перспективного терапевтического подхода.
Новая методика основана на маркировке стволовых клеток, позволяющей отслеживать их с помощью стандартного ультразвука и более точно направлять к области-мишени непосредственно после выхода из иглы, а затем, в течение двух недель после инъекции, следить за их судьбой с помощью МРТ.
Чтобы сделать это возможным, лаборатория профессора Гамбхира разработала специализированный контрастный агент – наночастицу диаметром чуть меньше одной трети микрона. Акустические свойства основного компонента новых наночастиц – диоксида кремния – позволяют визуализировать частицы с помощью ультразвука. Кроме того, они легированы редкоземельным элементом гадолинием, часто используемым в качестве контраста для МРТ.
Как показали эксперименты, мезенхимальные стволовые клетки, часто используемые в исследованиях, связанных с регенерацией сердца, эффективно поглощают и сохраняют такие наночастицы. При этом их способность к выживанию, пролиферации и дифференциации в клетки сердечной мышцы полностью сохраняется. Новые наночастицы обладают и флуоресцентными свойствами, что дает ученым возможность определять, какими именно клетками они поглощены.
В экспериментах сразу после выхода из иглы загруженные наночастицами стволовые клетки мышей, свиней или человека, введенные в сердце здоровых мышей, можно было наблюдать с помощью ультразвука, а две недели спустя все еще можно было получить сильный сигнал МРТ. Дальнейшее постепенное ослабление МРТ-сигнала ниже предела обнаружения объяснялось делением введенных здоровых стволовых клеток.
Новые наночастицы позволяют обнаружить 70000 стволовых клеток с помощью ультразвука и 250000 с помощью МРТ – количества, ничтожно малые по сравнению с десятками и сотнями миллионов стволовых клеток, которые обычно вводятся в сердце человека.
В США уже разрешено использование наночастиц в других клинических приложениях, а оксид кремния считается относительно нетоксичным. Токсичный гадолиний разрешен FDA к применению в дозах значительно больших, чем необходимо для новой методики визуализации. Тем не менее, дополнительные тесты на токсичность, по мнению доктора Гамбхира, все же необходимы.
Мыши, использованные в этом исследовании, были совершенно здоровы. В ближайшее время стэнфордские ученые планируют перейти к экспериментам на мышах или свиньях с аналогами человеческих болезней сердца.
В обозримом будущем лечение стволовыми клетками болезней сердца останется недешевой процедурой – ее стоимость, по предварительным оценкам, будет составлять порядка нескольких десятков тысяч долларов. Но, по мнению доктора Гэмбхира, успешное вмешательство может оказаться экономически эффективным, поскольку снимет необходимость постоянного приема лекарственных препаратов или хотя бы сократит его продолжительность. Новый метод визуализации, предположительно, добавит к стоимости процедуры дополнительные $2500, но он может значительно повысить шансы на успех. Этот подход может быть использован и для регенерации других органов, например, печени.
Тестирование новой методики визуализации на организме человека начнется, вероятно, через три-пять лет.
Метки: http://vk.com/innovatmed, Инновации в медицине, Шаров, инновации, медицина
