Новая молекулярная методика диагностики ишемии с помощью ультразвука

Области гипоксии (сниженной концентрации кислорода) в тканях являются признаком быстро прогрессирующих раковых образований или нарушения кровообращения, при таких заболеваниях как инсульт или инфаркт. Исследователи разработали способ диагностики гипоксии, неинвазивным методом в реальном времени с помощью  фотоакустической визуализации.

Исследователи разработали чувствительную к кислороду молекулярную метку Hypoxia Probe 1 (HyP-1), которая излучает ультразвуковые сигналы в ответ на изменение световой волны, процесс, называемый фотоакустической визуализацией, менее инвазивный, и менее дорогостоящий метод, чем текущий клинический стандарт, который использует радиоактивные молекулы и сканирование при позитронно-эмиссионной томографии.

Современные методы обнаружения снижения напряжения кислорода  в тканях могут выявлять хроническую гипоксию и не способны  помочь врачам найти агрессивные раковые образования или острые состояния, такие как инсульт, требующий немедленного вмешательства. Такие методы ограничены инвазивными процедурами или косвенной визуализацией с использованием радиоактивных зондов, которые имеют дополнительные диагностические трудности.

Фотоакустические молекулы вводятся пациенту либо внутривенно, либо непосредственно в место опухолевого роста, а затем с использованием модифицированной ультразвуковой техники визуализируется интересующая область. При возбуждении светом они создают ультразвуковой сигнал, который воссоздает прямое трехмерное изображение гипоксических областей. Исследователи тестировали систему на клеточных культурах, а затем на живых мышах с раком молочной железы и суженными артериями на ногах.

Исследователи обнаружили, что их фотоакустический метод может найти участок гипоксии через несколько минут после сужения артерии, что позволяет быстро найти области инсульта или тромбов в глубоких тканях. У мышей с раком молочной железы удалось провести детальное трехмерное ультразвуковое исследование гипоксических опухолей.

Многие опухоли отличаются анаэробным метаболизмом, поэтому было разработано много новых методов лечения, которые активируются в условиях дефицита кислорода. Новая методика дает ученым и врачам возможность неинвазивно визуализировать опухоль и определять, подходит ли  опухоль пациента для терапии новым препаратом или необходимо избрать другую тактику лечения.

Исследователи заявили, что еще одним преимуществом является низкая стоимость изготовления молекул и их длительный срок хранения. Они могут оставаться стабильными в течение многих лет, тогда как радиоактивные молекулы следует использовать вскоре после производства и требуют специальной подготовки перед введением.

Группа ученых изучает другие типы фотоакустических молекул. Например, они работают над зондами, которые могут обнаруживать специфические виды рака, где находятся мтастазы опухоли в теле пациента и т.д.

Hailey J. Knox, Jamila Hedhli, Tae Wook Kim, Kian Khalili, Lawrence W. Dobrucki, Jefferson Chan. A bioreducible N-oxide-based probe for photoacoustic imaging of hypoxia. Nature Communications, 2017; 8 (1) DOI: 10.1038/s41467-017-01951-0