Fizika&Ķīmija

Jaunas nanodaļiņas ļaus droši noteikt asins sarecējumu vietu asinsvados

Gandrīz divdesmit gadu kardiologi meklēja veidu, kā atklāt bīstamos asins sarecējumus (trombus), pirms tie izraisījuši miokarda infarktu. Tagad šai problēmai ir atrasts risinājums - Vašingtonas universitātes Medicīnas skolas Sentluisā pētnieki ziņo, ka viņiem izdevies izveidot nanodaļiņas, kas atrod trombus un padara tos redzamus ar jaunas rentgena staru tehnoloģijas palīdzību.

Šīs nanodaļiņas, pastāstīja MD Dr.Gregorijs Lanza, Bērnsa Žīdu (Barnes-Jewish) hospitāļa kardiologs, palīdzēs noteikt, vai personai, kas atvesta uz slimnīcu ar akūtām sāpēm krūtīs patiešām ir sirdslēkme.

"Katru gadu miljoniem cilvēku nonāk pasaules valstu slimnīcu uzņemšanas nodaļās ar sāpēm krūtīs. Par dažiem mums ir skaidrs, ka vaina nav meklējama sirdī, bet lielākā daļā gadījumu pirmajā brīdī neesam pārliecināti, kas izraisījis sāpes", - stāsta medicīnas profesors Lanza. "Gadījumos, kad rodas šaubas par diagnozi, pacients jāhospitalizē un viņam jāveic testi, lai apstiprinātu/izslēgtu sirdslēkmi," - profesors saka.

Tomēr šādas pārbaudes nav lētas un, jo būtiskāk, prasa salīdzinoši ilgāku laiku, kas pacientiem kritiskā stāvoklī nereti var būt izšķirošs faktors. Jaunā tehnoloģija tā vietā, lai pacients pavadītu slimnīcā visu nakti, ļaus noskaidrot viņa stāvokli dažu stundu laikā.

Nanodaļiņas, kuras tiks izmantotas šajā tehnoloģijā, speciāli izstrādātas pielietošanai jauna veida datortomogrāfijas (DT) skeneros - tie, atšķirībā no līdzšinējiem aparātiem, spēs izveidot krāsainu attēlu. Jaunie datortomogrāfi veiks rentgenstaru spektrālo analīzi, kas ļaus nošķirt audus un kaulus no nanodaļiņu sastāvā esošā metāla. Attēlatveides datu apstrādes programmatūra metālu iekrāsos atsevišķā krāsā, rezultātā sniedzot interpretācijai nepārprotamu ainu.

Nanodaļiņās izmantotais metāls ir bismuts. Katra daļiņa satur aptuveni vienu miljonu bismuta atomu. Tas nav maz, atzīst Lanza, bet tā kā DT ir relatīvi mazjūtīga medicīniskās attēlatveides tehnoloģija, tad šāds metāla daudzums ir nepieciešams, lai skeneris to spētu atpazīt daļiņas.

Atzīmējams, ka bismuts kā metāls ar augstu rentgenstaru absorbcijas pakāpi ir viens no piemērotākajiem kandidātiem DT attēlu izšķirtspējas uzlabošanai. Pirmā publikācija par eksperimentiem ar bismuta nanodaļiņām DT attēlatveidē parādījās 2006.gadā žurnālā "Nature Materials" un tās galvenais autors bija Masačusetas Vispārējā hospitāļa ārsts un Hārvarda Medicīnas skolas pētnieks dr.Ralfs Vaislīders (Ralph Weissleder). Rakstā ievietotais attēls (sk. zemāk) ar peles datortomogrāfisko uzņēmumu salīdzinājumu (ar un bez bismuta nanodaļiņu injekcijas) ir patiešām iespaidīgs.

Bismuts, kā zināms ir toksisks metāls, stāsta dr.Dipandžans Pans, asistējošais medicīnas pētniecības profesors, kurš vadīja darba grupu, kas izstrādāja pašas nanodaļiņas - to nevar injicēt pacientiem tīrā veidā. Lai novērstu bismuta toksisko iedarbību, zinātnieki to izšķīdināja un iegūto mikstūru ievietoja taukskābju ķēdes apvalkā. Ar peles modeļa palīdzību pierādīja, ka apvalkotās nanodaļiņas organismam drošā veidā dabīgi tiek sašķeltas un izvadītas.

Ievietojot nanodaļiņās pietiekamu daudzumu metāla, lai tās varētu saskatīt DT skenerī, vajadzēja spert nākošo soli un panākt, lai daļiņas nevis haotiski klīst pa asinsvadiem, bet norāda uz sastrēguma vietu artērijā, kas izveidojas pēc miokarda (vai cita orgāna) infarkta. To panāca, daļiņai pievienojot molekulu, kas piesaistās fibrīnam - šķiedrveida proteīnam, kas lielā daudzumā rodas asinsreces laikā un veido trombu "karkasu" jeb matricu. Nebojātos asinsvados fibrīna vietā plazmā plūst tikai tā neaktīvā forma - fibrinogēns.

Asinsvada attēls, ko iegūst ar spektrālo DT būs tāds pats, kā strādājot ar tradicionālajiem melnbaltajiem skeneriem. Vienīgā atšķirība būs bismuta daļiņu izcēlums ar krāsu, kas ļaus izvairīties no kalcija interferences - kļūdainas kalcificētas sabiezējuma vietas interpretācijas DT attēlā, to uzlūkojot kā trombu.

Lai noteiktu, kurā vietā artērija ir aizsprostojusies, ārsti šodien visbiežāk izmanto angiogrāfiju - metodi, kad ar tieva, cirkšņa artērijā ievadīta un līdz sirds dobumam aizvadīta katetra caurulītes palīdzību tiešā bojājuma tuvumā tiek injicēta kontrastējoša, rentgena starus aizturoša viela, kas ļauj izdarīt augstas izšķirtspējas rentgenuzņēmumus. Tomēr šādai metodei ir viens liels trūkums, un, proti, tā neļauj ieraudzīt asinsvadu aizsprostojumus, ja tos izraisījis citā vietā atrāvies trombs, kas iesprūdis asinsvadā, kas pats par sevi nav pārāk šaurs.

Jaunā spektrālā DT iekārta vēl pagaidām ir tikai prototipa stadijā un to izstrādā Philips Pētniecības centrs Hamburgā. Arī nanodaļiņas vēl nav klīniski pārbaudītas ar cilvēkiem - līdz šim tās veiksmīgi testētas dzīvnieku modeļos.

G.Lanza paredz, ka spektrālās DT ieviešana ļaus attīstīt arī jaunas sirds asinsvadu ārstniecības metodes. Gadījumos, kad asinsvads, kur atrodas nestabilais trombs nav sašaurināts, kardiologs stāsta, nevajadzētu izmantot dārgo, asinsvadu izpletošo stentu (caurulīti) - būtu pietiekami, ja bojāto vietu noslēgtu ar kādu plākstera veida materiālu.

Pie līdzīga projekta šobrīd strādā arī Mauntsinaja Medicīnas skolas pētnieki Ņujorkā, kuri sava darba rezultātus publicēja jau 2010.gadā. Kā spektrālās DT kontrastvielu viņi izmanto augsta blīvuma lipoproteīnos (HDL) ieslēgtas zelta nanodaļiņas. HDL piesaista uz artēriju sienām sakrājušos holesterīnu un aiztransportē to uz aknām pārstrādei vai izvadīšanai no organisma. Tāpat HDL, uzbrūkot makrofāgiem, veicina iekaisuma procesa mazināšanos, kas ir aterosklerotisku bojājumu raksturīga pazīme. Ievadot pelēm HDL apvalkā ievietotās zelta nanodaļiņas, Mauntsinaja mediķi ar spektrālā DT palīdzību spēja precīzi noteikt sabiezējuma un bīstamā tromba atrašanās vietu.

Izvērtējot abas spektrālās DT nanodaļiņu kontrastvielas, redzam, ka viena ir efektīva, attiecībā uz aterosklerotiskiem sabiezējumiem un neatrāvušamies trombiem (tātad ļoti noderīga profilaksei), kamēr otra ir šobrīd unikāls līdzeklis atrāvušās tromba radīta artērijas aizsprostojuma noteikšanā. Pacientiem un ārstniecības iestādēm gan jārēķinās, ka līdz jaunās tehnoloģijas ieviešanai plašākā lietošanā būs vēl jāgaida vairāki gadi.

Augšējā attēlā: Philips eksperimentālais spektrālais DT 2009.gadā. Publicitātes foto.

Avoti un literatūra:
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201005657/abstract
http://www.nanotech-now.com/news.cgi?story_id=13986
http://nanotoxcore.mit.edu/tox%20core/nano%20toxicity%20papers/Rabin,%20et%20al,%2001-29-2006.pdf
http://www.eurekalert.org/pub_releases/2010-08/tmsh-msp081610.php
http://www.wmicmeeting.org/abstracts/data/papers/0670.html
http://medicalphysicsweb.org/cws/article/research/39907

© Atklajumi.lv. Pārpublicēt atļauts tikai ievērojot ŠOS NOTEIKUMUS.