Новый краситель для неинвазивной визуализации может освещать труднодоступные структуры мозга

Благодаря химикам из Университета Райса и Стэнфордского университета «освещение» различных участков мозга перестало быть просто фигурой речи.

Хань Сяо из Райс, Чжэнь Ченг из Стэнфорда и сотрудники их команды разработали новый инструмент для неинвазивной визуализации мозга. Низкомолекулярный краситель – флуорофор – является первым в своем роде веществом данного класса, способным преодолевать гематоэнцефалический барьер.

Открытие позволило исследователям отличить здоровую ткань мозга от опухоли глиобластомы у мышей.

«Это может быть очень полезно, например, для хирургии под визуальным контролем. Используя краситель, врач может определить, где проходит граница между нормальной тканью мозга и опухолевой тканью, — Хань Сяо, Университет Райса. – Флуоресцентная визуализация применяется для выявления рака в различных частях нашего тела. Преимущества флуоресцентного зонда включают высокое разрешение и возможность адаптировать зонд для считывания различных веществ или видов активности».

Чем глубже находится ткань или орган, тем длиннее длина волны, необходимая для выявления присутствия флуоресцентных малых молекул. По этой причине второй канал ближнего инфракрасного диапазона (NIR-II) с длинами волн от 1 000 до 1 700 нм (нанометров) особенно важен для визуализации глубоко расположенных тканей. Длина волны видимого света находится в диапазоне от 380 до 700 нм.

«Наш инструмент действительно ценен для глубокой визуализации, поскольку он работает в области NIR-II, — сказал Сяо. – В отличие от длин волн NIR-II, флуоресцентные эффекты в видимом спектре или с длинами волн ближнего инфракрасного диапазона от 600 до 900 нанометров (NIR-I) не способны проникнуть дальше кожного барьера».

Визуализация головного мозга представляет собой особую проблему как из-за глубины ткани и ее доступности, так и вследствие гематоэнцефалического барьера — слоя клеток, представляющих собой «избирательный фильтр», ограничивающий прохождение веществ из системы кровообращения в центральную нервную систему.

«Нас очень давно интересует, что именно происходит в мозгу, но очень сложно разработать молекулу, которая может проникать через гематоэнцефалический барьер. До 98% низкомолекулярных препаратов, одобренных Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) не способны проникнуть в ткани мозга», — сказал Сяо.

«Вообще говоря, молекула красителя NIR-II представляет собой сопряженную структуру с множеством двойных связей — соответственно, это достаточно большая молекула, — продолжил он. — Это реальная проблема и причина, по которой мы до сих пор не могли использовать флуоресценцию в визуализации мозга. Мы попытались решить эту проблему, разработав для красителя «новый каркас», который очень мал, но имеет большую длину волны излучения».

В отличие от двух других известных каркасов красителя NIR-II, которые не способны преодолевать гематоэнцефалический барьер, разработанный Сяо и его командой вариант более компактен и может служить отличным кандидатом для зондов или лекарств, мишенью воздействия которых является мозг. «В будущем мы могли бы модифицировать этот каркас и использовать его для поиска множества различных метаболитов в мозге», — дополнил Сяо.

Помимо мозга, краситель, разработанный Сяо, обладает гораздо большей стойкостью, чем индоцианиновый зеленый — единственный низкомолекулярный краситель NIR, одобренный FDA для использования в качестве контрастного вещества. Таким образом, у исследователей есть больше времени для записи флуоресцентного следа, прежде чем он исчезнет.

«При воздействии света след индоцианинового зеленого красителя меняется и исчезает за секунды, в то время как наш краситель оставляет стабильный след более 10 минут», — сказал Сяо.

Источник: https://www.news-medical.net/news/20230117/New-tool-for-noninvasive-imaging-can-help-illuminate-hard-to-access-brain-structures.aspx