Сибирские ученые обнаружили, что соединения лантаноидов чувствительны к локальной температуре тканей в организме, а значит, способны определять многие раковые опухоли на ранних стадиях, работая как контрастное вещество при магнитно-резонансной томографии (МРТ). Статья об этом опубликована в журнале Sensors and Actuators B: Chemical


Исследователи называют эти вещества зондами, но есть существенное отличие: в организм пациенту не вводят объемную конструкцию, а делают инъекцию раствора. «Известно, что при некоторых разновидностях онкологических заболеваний в ткани опухоли температура повышается на значение от долей до нескольких градусов. Поэтому измерение локальной температуры может помочь в ранней диагностике онкологических заболеваний, а также заболеваний, связанных с воспалениями», — говорит автор статьи, ведущий научный сотрудник Института неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН доктор химических наук Сергей Павлович Бабайлов.


Лантаноиды — тяжелые металлы, которые применяются в микроскопических «температурных датчиках», опасны для человека: они могут повреждать ДНК, поэтому используются не сами по себе, а в составе хелатных соединений, или хелатов (от лат. chela — «клешня»). В таком случае ион металла окружает циклический лиганд, словно заключая его в свои клешни. Получается достаточно устойчивый комплекс, который мешает частицам тяжелых металлов освободиться и попасть в организм.
 
Метод МРТ основан на явлении ядерного магнитного резонанса. В диагностике используются ядра с ненулевыми значениями спинов, чаще всего это ядра водорода, входящие в состав воды, из которой в основном состоит человеческий организм. Если воздействовать на них внешним магнитным полем, спины будут либо сонаправлены, либо противоположны ему — возникнет намагниченность. После прекращения резонансного радиочастотного излучения спины будут релаксировать, то есть возвращаться в свое первоначальное состояние, в разных тканях это происходит с разной скоростью. Изменение времени релаксации регистрируют МРТ-сканерами. Контрастное вещество при МРТ применяется для того, чтобы получить более детальные снимки.
 
В качестве контрастного вещества для магнитно-резонансной томографии используются и хорошо изученные соединения гадолиния. Однако металлы, которые исследуют в ИНХ СО РАН (празеодим, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий), несмотря на принадлежность к той же химической группе, то есть к лантаноидам, существенно отличаются от гадолиния по свойствам. В частности, комплексы, содержащие эти элементы, оказались чувствительны к температуре: при ее изменении у них меняется резонансная частота, что можно регистрировать при МРТ. Сейчас локальное повышение температуры на поверхности тела смотрят с помощью специальной инфракрасной камеры, тепловизора. Контрастные вещества же способны измерить температуру тканей в организме на любой глубине. Это подтвердили эксперименты с мышами на сверхвысокопольном магнитно-резонансном томографе в ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН». 
 
Сложность заключается в том, что на сигналы, которые получают исследователи, влияют и другие факторы, например кислотно-щелочной состав, отличный в разных органах человека. У хелатов вообще непростой для изучения характер: в некоторых комплексах лиганд находится в так называемой конформационной динамике, проще говоря, двигается, и это меняет свойства соединения. Подвержены хелаты и межмолекулярной динамике — так, в соединении с тулием молекула воды часть времени находится внутри, а часть времени снаружи комплекса (происходит межмолекулярный химический обмен). «В некоторых случаях сигнал становится слишком слабым, чтобы регистрировать его прибором, он может быть заметен при высокой температуре и не заметен при относительно низкой, в то время как нужно, чтобы был охвачен диапазон температур от 34 °C до 42 °C, соответствующий возможной температуре человеческого тела», — рассказывает Сергей Бабайлов. Ученым еще предстоит определить условия, в которых регистрируемые результаты будут достоверными.
 
«Сейчас наша лаборатория проводит обширные фундаментальные исследования. Нужно не только учитывать изменчивость хелатов, но и создать безопасные в применении комплексы. Они должны обладать термодинамической устойчивостью (быть стабильны в водной среде) и кинетической устойчивостью, то есть не обмениваться ионами металлов с другими соединениями в организме человека, например белками и ферментами», — говорит Сергей Бабайлов.
 
Работа проводится в сотрудничестве с ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН», Международным томографическим центром СО РАН и Томским политехническим университетом.
 
Александра Федосеева

Похожие новости

  • 15/04/2016

    Новосибирские химики очищают водоёмы с помощью растений

    ​Учёные Новосибирского государственного университета занимаются исследованием растений, способных накапливать в своих тканях тяжёлые металлы, чтобы применять их для очистки водоёмов и почв от ядовитых веществ, которые попадают в окружающую среду с отходами промышленных предприятий.
    2906
  • 27/08/2018

    Институты СО РАН помогут ООО «СИБУР» разрабатывать биоразлагаемые пластики

    ​На VI Международном форуме технологического развития и выставке "Технопром-2018" состоялось подписание соглашений о сотрудничестве между нефтехимической компанией ООО "СИБУР" и двумя новосибирскими научно-исследовательскими организациями: Новосибирским институтом органической химии им.
    338
  • 20/06/2018

    Возможные перспективы Академгородка 2.0

    ​Ведущие ученые СО РАН продолжили обсуждение проектов развития научной инфраструктуры Новосибирского научного центра. Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова СО РАН выступил инициатором проекта «Сибирский центр малотоннажной химии».
    578
  • 15/02/2018

    Томские ученые доказали эффективность нового метода диагностики заболеваний мозга

    ​Издательство Nature Publishing Group опубликовало результаты исследований ученых ТГУ, подтверждающие эффективность нового метода диагностики заболеваний головного мозга. Уникальный способ неинвазивной оценки состояния оболочек нервных волокон (миелина) при помощи магнитно-резонансной томографи (МРТ) был разработан под руководством профессора Университета Вашингтона, научного руководителя лаборатории нейробиологии НИИ ББ ТГУ Василия Ярных.
    993
  • 27/12/2018

    Чем 2018-й год запомнится новосибирцам?

    ​Год 100-летия комсомола и Красной Армии, а также год выборов высших государственных чиновников Новосибирской области и России запомнится многим жителям региона, как спокойное, созидательное время. Одной из самых больших интриг года была избирательная кампания губернатора, в которой собирались участвовать Андрей Травников и Анатолий Локоть.
    340
  • 16/04/2018

    Томичам расскажут о нейронауке на очередной Курилке Гутебнерга

    ​19 апреля в Томске состоится очередная Курилка Гутенберга — встреча в рамках проекта, несущего науку в массы. В этот раз спикеры доступно объяснят, что такое нейронаука, и познакомят с некоторыми её областями, сообщают организаторы в группе мероприятия ВКонтакте.
    355
  • 06/01/2019

    Российские химики раскрыли тайну рождения арктического «метана-убийцы»

    Химики из России выяснили, как формируются нестабильные кристаллы метановых гидратов – "замороженной" разновидности природного газа, вызывающей взрывы на дне морей Арктики. Их выводы были представлены в Journal of Natural Gas Science and Engineering.
    400
  • 13/01/2016

    Татьяна Толстикова: "В СО РАН есть все предпосылки, чтобы решить проблему импортозамещения лекарств"

    ​Доктор биологических наук, профессор Татьяна Генриховна Толстикова возглавляет лабораторию Новосибирского института органической химии им. Н.Н. Ворожцова (НИОХ) СО РАН - уникальную для России структуру.
    2511
  • 31/05/2016

    Новосибирские ученые исследуют кровеносную систему

    ​Кровеносная система лежит в основе функционирования головного мозга, и в области её работы ещё много «белых» пятен. Сибирские учёные в сотрудничестве с медиками решили устранить некоторые из них.  Исследование имеет и прикладной выход: уже создана уникальная система мониторинга нейрохирургических операций, метод повышения качества магнитно-резонансной томографии, а также инструментарий для персонализированного моделирования протекания некоторых болезней.
    2066
  • 20/03/2017

    Институт катализа СО РАН и Лицей № 130 откроют совместную химическую лабораторию

    Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН и Лицей № 130 имени академика М.А. Лаврентьева откроют совместную химическую лабораторию. Учащиеся смогут со школьной скамьи получить опыт работы в настоящей лаборатории под руководством научных сотрудников, решая реальные исследовательские задачи.
    1931